I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   33 ~ 45   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i1 . pp 33 - 45           33       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Perf o r m a nce  of B rushles s DC  Driv e w ith  Sing le Cur rent  S enso Fed  fro m  P V w ith  H ig Vo ltag e - G a in DC - DC Conv erte r       G . G . Ra j a   Sek ha r 1 ,   B a s a v a ra j a   B a na k a ra 2   1 De p a rtme n o f   El e c tri c a &   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   Ko n e ru   L a k s h m a iah   Ed u c a ti o n   F o u n d a ti o n ,   Va d d e sw a r a m ,   G u n tu r,   A n d h ra   P ra d e sh ,   I n d ia   2 De p a rtme n o f   El e c tri c a &   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o f   BDT   En g in e e rin g   Co ll e g e ,   Da v a n a g e re ,   Ka rn a ta k a ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   21 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   3 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J an   1 1 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p re se n ts   th e   p e rf o rm a n c e   o f   Bru sh les DC  (BL DC)  M o to r   d riv e   w it h   o n ly   o n e   p o sit io n in g   se n so r   in ste a d   o f   th re e   c o n v e n ti o n a se n so rs.  T h e   th re e   se n so u n it a re   re p lac e d   with   a   sin g le  sta to c u rre n se n so u n it   i n   DC  b u w h ich   f u rth e re d u c e th e   c o st  in c re a sin g   th e   re li a b il it y   o th e   d riv e   s y ste m .   Us in g   a   sin g le  se n so in   sta to re q u ires   m in im u m   e lec tro n ic  e q u ip m e n f o th e   p u rp o se   o f   m e a su re m e n p ro c e ss .   T h is  p a p e r   e v o lv e th e   BL DC  m o to d riv e   f e d   f ro m   P V   sy ste m .   A   h ig h   v o lt a g e - g a i n   DC - DC  c o n v e rter  is  p re se n ted   in   th is  p a p e to   ste p - u p   th e   v o lt a g e   f ro m   P V   sy ste m .   T h e   a p p ro p riate n e ss   o f   P V   f e d   BL DC  m o to d riv e   is   v e rif ied   fo v a riab le   in c re a m e n tal  sp e e d   w it h   f ix e d   t o rq u e   a n d   v a riab le  d e c re m e n tal  sp e e d   w it h   f ix e d   to rq u e   o p e ra ti n g   c o n d it io n s.  BL DC  m o to d riv e   p e rf o r m a n c e   is  a lso   p e rf o r m e d   f o v a riab le  to rq u e   w it h   f ix e d   sp e e d   w o rk in g   c o n d it io n .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   a n d   re su lt a re   d e v e lo p e d   u sin g   M A TL A B/S IM UL INK   so f t w a re .   K ey w o r d :   B r u s h le s s   C o n v er ter   C u r r en t se n s o r   DC - DC   Hig h   v o lta g g ai n   PV   Co p y rig h ©   201 8   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 :   G.   G.   R aj Sek h ar ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  &   E l ec tr o n ics E n g i n ee r in g ,     Ko n er u   L ak s h m aia h   E d u ca tio n   Fo u n d atio n ,     Vad d es w ar a m ,   Gu n t u r ,     An d h r P r ad esh ,   I n d ia    5 2 2 5 0 2 .   E m ail: r s g g 7 3 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T ec h n o lo g y   i s   f o r   h u m an   co n v en ie n ce   a n d   i n n o v atio n   o f   el ec tr ic  m o to r s   g av e   s co p to   r ed u ce   th e   ef f o r t s   p u in   b y   h u m an   m an k in d   in   m an y   ap p licatio n s   esp ec iall y   i n   in d u s tr ie s .   E lectr ic  m o to r   is   an   elec tr o - m ec h a n ical  d e v ice  w h ic h   co n v er ts   elec tr ical  e n er g y   to   m ec h an ica en er g y .   Mo to r s   ca n   b b r o ad ly   clas s if ied   in   to   D C   t y p e   an d   AC   t y p e   o f   m o to r s .   D C   m o to r   ex h ib its   f i n s p ee d   ch ar ac ter is tic  w h ic h   ar v er y   m u c h   a   co n s tr ain in   m an y   o f   th ap p licatio n s .   DC   m o to r s   ar s i m p le  in   co n s tr u ct io n   an d   h as  g o o d   to r q u ch ar ac ter is tic s .   C o m m u tat io n   is   d o n w it h   t h h elp   o f   b r u s h - co m m u tato r   ass e m b l y .   B r u s h   is   s t at ic  d ev ice   w h ic h   co llect s   c u r r en f r o m   o r   in   to   m ac h in e   v ia   co m m u tato r .   C o m m u tato r   i s   r o ta tin g   d ev ice   w h ic h   tr an s f o r m s   s u p p lied   DC   to   a lter n ati n g   t y p to   ar m a tu r e.   Du to   t h p r esen ce   o f   co m m u tato r   an d   b r u s h   ass e m b l y   in   co n v en t io n al  D C   m o to r s ,   ad d itio n a lo s s es   ar p r o d u ce d   an d   w it h   r es u lti n g   s p ar k s .   T h is   p h en o m e n o n   a f f ec ts   t h e   o v er a ll  s y s te m   ef f icie n c y .   T o   i m p r o v t h s y s te m   e f f icie n c y   an d   t o   r ed u ce   ad d itio n al  lo s s es  p r o d u ce d   d u e   to   b r u s h - co m m u tato r   as s e m b l y ,   b r u s h l ess   D C   m o to r s   ar d e v elo p ed   co n s tr u cte d   w it h o u t   th n ee d   o f   b r u s h e s   an d   co m m u tato r   f o r   co m m u ta tio n   [ 1 - 3 ] .   B r u s h le s s   D C   ( B L DC )   m o to r s   ar s y n c h r o n o u s   m o to r s   d ev elo p ed   eli m in a tin g   b r u s h - c o m m u tato r   ass e m b l y .   B L DC   m o to r   is   co n s tr u cted   w it h   ar m at u r o n   its   s tato r   an d   p er m a n en m a g n et s   o n   it s   r o to r   [4 - 5 ] .   B L DC   m o to r   d o es  n o co n s i s o f   w i n d in g s   o n   b o th   s tato r   an d   r o to r   th u s   co n s u m in g   le s s   co p p er   an d   less   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   33     45   34   r ea ctiv p o w er   ab s o r p tio n   a s   co m p ar ed   w it h   i n d u ct io n   m o t o r   w h ich   h a s   w i n d in g s   o n   b o th   s tato r   an d   r o to r .   So lid   s tate   elec tr o n ic   s w i tch e s   ca r r ies  e lec tr ical  co m m u tat i o n   i n   B L DC   m o to r   e x cl u d in g   t h u s o f   b r u s h - co m m u tato r   ass e m b l y   as  i n   co n v en t io n al  DC   m o to r s .   T h is   t y p o f   co n s tr u ctio n   ca n   i m p r o v s y s te m   ef f icien c y   w it h   i n cr ea s ed   p er f o r m a n ce .   Stato r   w in d i n g s   o f   B L DC   m o to r   ar ex cited   w it h   alter n ati n g   th r ee - p h ase  cu r r e n ts   p r o d u cin g   r o ta tin g   m a g n etic  f ield .   R o tati n g   m ag n etic  f ield   i n ter ac ts   w it h   th r o to r   f lu x   a n d   to r q u is   e x er ted   o n   r o to r .   B L DC   m o to r   ca n   r u n   a h i g h   s p e ed s   w it h   lo w   ac o u s tic  n o is e.   Hig h   e f f icie n c y   an d   r eliab ilit y   also   m ak e s   B L D C   m o to r   b e tter   ch o ice  f o r   m a n y   ap p licatio n s   [ 6 - 7 ] .       C o n v e r t e r   f o r   B L D C L o g i c   C o n t r o l l e r D r i v e r D C   S u p p l y P o s i t i o n   S e n s i n g B L D C   M o t o r E l e c t r o n i c   C o m m u t a t i o n     Fig u r e   1.   B lo ck   d iag r a m   o f   B L D C   m o to r       Fig u r e   1   s h o w s   t h b lo ck   d iag r a m   o f   B L D C   m o to r   w ith   elec tr o n ic  co m m u tato r   an d   lo g ic  c o n tr o ller .   B L DC   i s   s u p p lied   f r o m   DC   s u p p ly   a n d   elec tr o n ic  co m m u tat o r   co n v er ts   t h D C   s u p p l y   g iv en   to   B L D C   to   A C   as  co m m u tato r   in   co n v en t io n a m ac h i n e.   Hall  s e n s o r s   s e n s th p o s itio n   o f   th r o to r   an d   s en d s   p o s itio n   s i g n a to   co n tr o ller   in   w h ic h   co n tr o ac tio n   tak e s   p lace   [ 5 - 6 ] .   T h co n tr o ller   p r o d u ce s   g ate  p u ls e s   to   s o lid - s ta te   s w itc h es i n   co n v er ter   th r o u g h   d r iv er   cir cu it .       B L D C   C o n v e r t e r P V   S y s t e m B L D C   M o t o r R e a l   T i m e   M a c h i n e D C D C D C A C     Fig u r e   2 .   P ce ll Fed   B L DC   m o to r       T h DC   s o u r ce   to   b f ed   to   B L D C   m o to r   as  an   i n p u is   c h o s en   to   b p h o to - v o lta ic  ( P V)   s y s te m   i n   th is   p ap er .   P - j u n c tio n   la y er   ar r an g ed   in   s p ec if ic   m an n e r   f o r m s   a   P ce ll  a n d   w h e n   p h o to n s   f r o m   s o lar   en er g y   f all s   o n   P ce ll,  elec t r o n s   in   P ce ll  tr ies  to   m o v c r o s s in g   th b ar r ier   j u n ctio n   g i v in g   r is to   cu r r en f lo w .   So lar   en er g y   i s   t y p o f   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce   f r ee l y   av ailab le  f r o m   u n iv er s e   an d   th elec tr ica l   en er g y   g en er ated   f r o m   t h is   t y p o f   r eso u r ce   i s   i n ex h a u s ti b le.   P s y s te m   g en er ate s   D C   t y p o f   elec tr ical   p o w er   an d   is   o f   lo w   v o ltag e.   T h lo w   v o lta g o u tp u f r o m   s o lar   P s y s te m   is   in s u f f icie n to   d r iv an y   s y s te m   an d   t h u s   r eq u ir e s   v o lta g b o o s ter   g en er all y   D C - DC   co n v er ter .   H ig h   g ai n   D C - D C   co n v er ter   is   e m p lo y ed   in   t h is   p ap er   f o r   b o o s tin g   t h lo w   v o ltag DC   o u tp u f r o m   P s y s te m .   T h co m p lete  s ch e m atic  ar r an g e m en t   o f   P ce ll Fed   B L DC   m o to r   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   2.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   o f B r u s h less   DC   Dri ve   w ith   S in g le  C u r r en t S en s o r   F ed   ( G. G. R a ja   S ek h a r )   35   T h is   p ap er   p r esen ts   th p er f o r m a n ce   o f   B r u s h le s s   D C   ( B L DC )   Mo to r   d r iv w ith   o n l y   o n e   p o s itio n in g   s e n s o r   i n s tead   o f   th r ee   co n v e n tio n al   s e n s o r s   [ 7 - 1 0 ] .   T h th r ee   s en s o r   u n it s   a r r ep lace d   w it h   a   s in g le  s tato r   cu r r en s e n s o r   u n it  i n   DC   b u s   w h ic h   f u r t h er   r ed u ce s   th co s i n cr ea s i n g   t h r eliab ilit y   o f   t h e   d r iv s y s te m   [ 1 1 - 1 4 ] .   Usi n g   s in g le  s en s o r   in   s tato r   r eq u ir es  m i n i m u m   elec tr o n ic  eq u ip m en f o r   th p u r p o s e   o f   m ea s u r e m en p r o ce s s .   T h is   p ap er   ev o lv es  th B L D C   m o to r   d r iv [ 1 5 - 1 7 ]   f ed   f r o m   P s y s te m .   A   h i g h   v o ltag e - g ai n   D C - D C   co n v er t er   is   p r esen ted   in   th i s   p ap er   to   s tep - u p   t h v o ltag f r o m   P s y s te m .   T h e   ap p r o p r iaten ess   o f   P f ed   B L D C   m o to r   d r iv is   v er i f ied   f o r   v ar iab le  in cr ea m en ta s p ee d   w it h   f i x ed   to r q u e   an d   v ar iab le  d ec r e m e n tal  s p ee d   w it h   f i x ed   to r q u o p er atin g   co n d itio n s .   B L DC   m o to r   d r iv p er f o r m a n ce   i s   also   p er f o r m ed   f o r   v ar iab le  to r q u w i th   f i x ed   p ee d   w o r k i n g   co n d itio n .   T h p r o p o s ed   s y s t e m   a n d   r esu lt s   ar d ev elo p ed   u s in g   M A T L A B /SI MU L I NK  s o f t w ar e.         2.   P F E H I G H - G A I DC - D CO NVER T E R   2 . 1   H ig h - g a in DC - DC  Co nv er t er       I n p u t   V o l t a g e O u t p u t   V o l t a g e D 1 C 1 C 2 D 2 D 3 N 2 N 1 C 3 S H i g h   G a i n   D C - D C   C o n v e r t e r     Fig u r e   3 .   Hig h   g ai n   d c - d co n v er ter       T h cir cu it  co n f ig u r atio n   o f   h ig h - g ain   DC - D C   is o lated   co n v er ter   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   3 .   T h lo w   v o ltag D C   f r o m   P s y s te m   i s   f ed   to   is o lated   DC - DC   co n v er ter   to   b o o s t th lev el  o f   v o lta g e.         S 1 V D S i D S V i n D 1 D 2 D 3 i D 3 N 2 C 1 C 2 C 3 i D 2 i L K 2 L K 2 i 0 R i D 1 V L m L K 1 i L K 1 L m i L m i c 1   S 1 V D S i D S V i n D 1 D 2 D 3 i D 3 N 2 C 1 C 2 C 3 i D 2 i L K 2 L K 2 i 0 R i D 1 V L m L K 1 i L K 1 L m i L m i c 1   ( a)   ( b )   Fig u r e   4 .   ( a)   Hig h   g ai n   D C - D C   co n v er ter   w h en   s w itc h   in   O N,   ( b )   s w itch   i n   OF F       W h en   s w itch   is   i n   ON  p o s iti o n ,   th p r i m ar y   in d u cto r   g ets  ch ar g ed   b y   i n p u v o ltag th r o u g h   s w itc h   S1 .   A th s a m ti m t h s ec o n d ar y   in d u cto r   s tar ts   d i s ch ar g in g   a n d   ca u s es  to   c h ar g i n g   t h ca p ac ito r   C 2 .   I n   th is   ca s e,   ca p ac ito r   C 3   d is c h ar g es a n d   s u p p lies   to   lo ad   at  th o u tp u t a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 ( a) . W h en   s w itc h   is   in   O FF   p o s itio n ,   t h en   th e   ch ar g ed   p r i m ar y   in d u cto r   d is c h ar g es  t h r o u g h   d io d D1   an d   ca p a cito r   C 1 .   T h er ef o r ca p ac ito r   C 1   g ets  ch ar g es.  M ea n   w h ile  t h ch ar g ed   ca p ac ito r   C 2   s tar ts   d is ch ar g i n g   a n d   c a u s e s   to   ch ar g t h e   s ec o n d ar y   i n d u c to r   an d   o u tp u ca p ac ito r   C 3   as   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 ( b ) .   T o   s i m p li f y   t h s te ad y - s tate  a n al y s i s ,   o n l y   m o d es  p er tain in g   to   s w i tch   OF i s   co n s id er ed   f o r   C C o p er atio n ,   an d   t h lea k ag in d u cta n ce   o n   th e   s ec o n d ar y   an d   p r i m ar y   s id es   ar n eg lecte d .   B y   co n s id er in g   th av er ag v o ltag ac r o s s   i n d u cto r   an d   eq u atin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   33     45   36   to   ze r o   d u r in g   ON  ti m a n d   OFF  ti m e,   t h v o ltag g ain   f o r   th h i g h   g ain   D C - DC   co n v er te r   is   d er iv ed   to   b e   as   ( 1 ) ,   w h er n   i s   t u r n s   r atio n   b et w ee n   p r i m ar y   to   s ec o n d ar y   o f   co u p l ed   in d u cto r .     2 . 2 Clo s ed - lo o p o pera t io n o f   H ig h - G a in DC - DC  Co nv er t er       D 1 C 1 C 2 D 2 D 3 N 2 N 1 C 3 S H i g h   G a i n   D C - D C   C o n v e r t e r V P I V c a r r i e r V d c _ r e f V d c _ a c t D u t y   C y c l e V d c V r e f     Fig u r e   5 .   C lo s ed - lo o p   o p er atio n   o f   h ig h - g ai n   D C - DC   co n v er t er       Fig u r e   5   s h o w s   t h clo s ed - l o o p   m o d o f   o p er atio n   o f   h ig h - g ai n   D C - DC   co n v er ter .   T h o u tp u v o ltag is   f ed   b ac k   t h r o u g h   a   co n tr o ller   in   clo s ed - lo o p   o p er atio n   to   o b tain   s tab le  an d   c o n s ta n D C   o u tp u f r o m   h i g h - g ain   co n v er ter .   T h e   ac tu al  o u tp u v o ltag is   s e n s ed   ac r o s s   o u tp u ca p ac ito r   o f   h ig h - g ai n   co n v er ter   an d   is   co m p ar ed   to   r e f er en ce   DC   v o lta g e.   T h er r o r   o f   D C   v o ltag e   is   f ed   to   P I   co n tr o ller   w h er e   it  p r o d u ce s   r ef er en ce   v o lta g s ig n al.   T h e   r ef er en ce   v o lta g s i g n al   is   co m p ar ed   to   ca r r ier   s ig n al  to   p r o d u ce   p u ls e s   to   s w itc h   in   h i g h - g ain   DC - D C   co n v er ter .   T h is   m o d o f   o p er atio n   y ield s   co n s ta n t o u tp u w it h   v er y   les s   r ip p le.     T h o u tp u o f   P s y s te m   i s   l o w   v o ltag a n d   it  s h o u ld   b s t ep p ed - u p   to   ce r tain   v o ltag r eq u ir ed   b y   th s y s te m   ac co r d in g   to   it s   co n f ig u r atio n .   T h P s y s te m   c o n n ec ted   to   h i g h - g ai n   D C - DC   co n v er ter   i s   s h o w n   in   Fig u r e   6 .   A   p h o to v o ltaic   s y s te m ,   a ls o   P s y s te m   or   s o lar   p o w er   s y s te m   i s   a   p o w er   s y s te m   d es ig n ed   to   s u p p l y   u s ab le   s o lar   p o w er   b y   m ea n s   o f   p h o to - v o ltaic .   I co n s i s ts   o f   an   ar r an g e m en o f   s ev er al  co m p o n en t s ,   in cl u d in g   s o lar   p an el s   to   ab s o r b   an d   co n v er s u n li g h i n to   elec tr icit y .   P h o to v o lta ic  co n v er s io n   i s   t h d ir ec t   co n v er s io n   o f   s u n l ig h in to   elec tr icit y   w it h o u a n y   h ea en g in to   in ter f er e.   P h o to v o ltaic  d ev ices  ar r u g g ed   an d   s i m p le  i n   d esig n   r eq u ir in g   v er y   litt le  m a in te n a n ce   an d   th eir   b ig g est  ad v a n ta g b ein g   t h eir   co n s tr u ctio n   as   s tan d - alo n s y s te m s   to   g i v o u tp u t s   f r o m   m icr o w att s   to   m e g a w att s .   Hen ce   t h e y   ar u s ed   f o r   p o w er   s o u r ce ,   w ater   p u m p i n g ,   r e m o te  b u ild i n g s ,   s o lar   h o m s y s te m s ,   co m m u n icat io n s ,   s a tellite s   an d   s p a ce   v eh icle s ,   r ev er s e   o s m o s i s   p lan t s ,   an d   f o r   ev e n   m eg a w att  s ca le  p o w er   p lan ts .       2 . 3   P f ed  hig h - g a in DC - DC  co nv er t er       D 1 C 1 C 2 D 2 D 3 N 2 N 1 C 3 S H i g h   G a i n   D C - D C   C o n v e r t e r V P I V c a r r i e r V d c _ r e f V d c _ a c t D u t y   C y c l e I s I D I s h R s h R s P V   E q u i v a l e n t   C i r c u i t     Fig u r e   6 .   P f ed   Hig h   g ain   D C - DC   C o n v er ter   co n f i g u r atio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   o f B r u s h less   DC   Dri ve   w ith   S in g le  C u r r en t S en s o r   F ed   ( G. G. R a ja   S ek h a r )   37   T h o u tp u o f   P s y s te m   i s   lo w   v o lta g a n d   it  s h o u ld   b s te p p ed - u p   to   ce r tain   v o lta g r eq u ir ed   b y   th s y s te m   ac co r d in g   to   it s   co n f ig u r atio n .   T h P s y s te m   c o n n ec ted   to   h i g h - g ai n   D C - DC   co n v er ter   i s   s h o w n   in   Fig u r e   6 .   A   p h o to v o ltaic   s y s te m ,   a ls o   P s y s te m   or   s o lar   p o w er   s y s te m   i s   a   p o w er   s y s te m   d es ig n ed   to   s u p p l y   u s ab le   s o lar   p o w er   b y   m ea n s   o f   p h o to - v o ltaic .   I co n s i s ts   o f   an   ar r an g e m en o f   s ev er al  co m p o n en t s ,   in cl u d in g   s o lar   p an el s   to   ab s o r b   an d   co n v er s u n li g h i n to   elec tr icit y .   P h o to v o lta ic  co n v er s io n   i s   t h d ir ec t   co n v er s io n   o f   s u n l ig h in to   elec tr icit y   w it h o u a n y   h ea en g in to   in ter f er e.   P h o to v o ltaic  d ev ices  ar r u g g ed   an d   s i m p le  i n   d esig n   r eq u ir in g   v er y   litt le  m a in te n a n ce   an d   th eir   b ig g est  ad v a n ta g b ein g   t h eir   co n s tr u ctio n   as   s tan d - alo n s y s te m s   to   g i v o u tp u t s   f r o m   m icr o w att s   to   m e g a w att s .   Hen ce   t h e y   ar u s ed   f o r   p o w er   s o u r ce ,   w ater   p u m p i n g ,   r e m o te  b u ild i n g s ,   s o lar   h o m s y s te m s ,   co m m u n icat io n s ,   s a tellite s   an d   s p a ce   v eh icle s ,   r ev er s e   o s m o s i s   p lan t s ,   a n d   f o r   ev e n   m eg a w att  s ca le  p o w er   p lan ts .         3 .     SI NG L E   CU RREN T   S E NSO B L DC  M O T O DRIVE         S 4 S 1 S 3 S 5 S 2 S 6 e a e b e c n R L R L R L V d c a b c B L D C   M o t o r I p h a s e   I b E a I a E b E c I c θ r θ r θ r S 4 S 5 S 4 S 1 S 4 S 1 S 6 S 6 S 3 S 3 S 2 S 2 S 5 S 5 E , I 6 0 d e g     Fig u r e   7 .   C o n v er ter   f ed   B L D C   m o to r     Fig u r e   8 .   B ac k   E MF  in   B L D C   m o to r   an d   p h ase  cu r r en t s       B L DC   m o to r   is   ex cited   f r o m   co n v er ter   o f   B L DC   m o to r   w h ic h   is   t y p icall y   DC / AC   co n v er ter .   T y p ical  co n v er ter   f ed   B L D C   m o to r   is   il lu s tr ated   in   Fi g u r e   7 .   T h tu r n   ON   an d   O FF   o f   p o w er   s w itc h e s   i n   in v er ter   p r o d u ce s   ex ci tatio n   f o r   p h ase  w i n d i n g s   o f   s tato r   co il s   i n   B L DC   m o to r .   T h co r r esp o n d in g   b ac k   E MF   in   B L D C   m o to r   an d   p h a s cu r r en ts   ar s h o w n   i n   Fi g u r e   8.   I n   B L DC   m o to r   t w o   s tato r   p h ases   ar e n er g ized   at  t i m e .   S w itc h in g   t w o   s w i tch e s   o f   t h i n v er ter   co n d u cts  s w itc h   ( o n u p p er   an d   o n lo w er   o f   d if f er en le g s )   a an y   i n s tan t.  S in ce   t w o   p h a s es  o f   th m o to r   ar e   en er g ized   at  a n y   i n s tan an d   th m o to r   is   s tar   co n n ec ted ,   th s a m c u r r en f lo w s   t h r o u g h   t h e m .   A l s o   th i s   cu r r en is   s a m a s   t h DC   li n k   c u r r en t,  m ea s u r ed   b y   t h s i n g le   D C   l in k   c u r r en t   s e n s o r .   Fro m   t h DC   li n cu r r en t,  th p h ase  c u r r en ts   ar esti m ated   ac co r d in g   to   th p h a s cu r r en w a v e f o r m s   i n   Fi g u r e   8 .     Sp ee d   co n tr o o f   B L DC   m o t o r   in   clo s ed   lo o p   m o d o f   o p er atio n   is   d o n w it h   i n itial  s en s in g   o f   cu r r en ts   in   s tato r   o f   B L D C   m o to r .   P h ase  cu r r en t s   i n   s tat o r   w in d i n g s   ar m ea s u r ed   u s in g   c u r r en s e n s o r s .   Sen s o r s   u s ed   f o r   c u r r en s e n s i n g   ar o f   h i g h   co s a n d   ar h e av y   an d   b ec o m e s   b u lk y .   A l s o   th u s e   o f   d i f f er en t   cu r r en s en s o r s   ca n   ca u s u n d esira b le  i m b alan ce   in   p h ase   cu r r en t s   as  w el as  to r q u f lu ct u atio n s   d u to   d if f er e n ce s   i n   cu r r en s en s o r   s en s it iv i ties .   T h ese  d r a w b ac k s   ca n   b av o id ed   b y   u s in g   s i n g le  cu r r en s en s o p lace d   o n   th DC   li n k .   T ab le  1   r ep r esen ts   th R o to r   p o s itio n   an d   p h ase  r ef er en ce   c u r r en t s .         T ab le  1 .   R o to r   p o s itio n   an d   p h ase  r ef er en ce   c u r r en ts   R o t o r   p o si t i o n   ( )              3 0   d e g   0         3 0     9 0   d e g         0   9 0     1 5 0   d e g      0      1 5 0     2 1 0   d e g   0         2 1 0     2 7 0   d e g         0   2 7 0     3 3 0   d e g      0      3 3 0     3 6 0   d e g   0         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   33     45   38   B A C P h a s e   B E M F H a l l   I C   O u t p u t   ( A )     Fig u r e   9 .   P h ase  r elatio n   b et w e en   p h ase  b ac k   E M F a n d   h al l o u tp u w i th   s in g le  s e n s o r       Fo r   clo s ed - lo o p   cu r r en t   co n tr o o f   b r u s h le s s   DC   m o to r s ,   in s tan ta n eo u s   p h ase  c u r r en t s   ar m ea s u r ed   u s i n g   cu r r en s e n s o r s .   S u ch   s en s o r s   ar o f ten   b u l k y ,   h ea v y ,   an d   ex p en s i v e.   I n   s i n g le  DC   lin k   cu r r en s e n s o r   tech n iq u s in g le  c u r r en s e n s o r   is   p lace d   in   th e   DC   li n k .   Fro m   t h m ea s u r ed   DC   li n k   cu r r en t,  th p h as e   cu r r en ts   ca n   b esti m ated .   Fig u r e   9   illu s tr ate s   p h ase  r elatio n   b et w ee n   p h a s b ac k   E MF  a n d   h all  o u tp u w it h   s in g le  s e n s o r       4 .     S P E E CO NT RO L   O F   CURR E NT   CO N T RO L L E B L DC  M O T O     T h d r iv co n tr o s y s te m   co n s is ts   o f   a n   o u ter   s p ee d   lo o p   f o r   s p ee d   co n tr o an d   a n   i n n er   c u r r en lo o p   f o r   cu r r en co n tr o l.  C o n v e n tio n all y   t h r ee   s ep ar ate  cu r r en s e n s o r s   ar u s ed   to   m ea s u r th p h ase  cu r r en t s .   B u t   h er o n l y   o n cu r r en s en s o r   is   u s ed ,   w h ic h   is   p lace d   o n   th DC   li n k .       w r e f w a c t P I T r e f T a c t G a i n I r e f _ m a g I s h a p e I r e f H y s t e r e s i s   C u r r e n t   C o n t r o l l e r I a c t G a t e   P u l s e s   t o   S 1 - S 6   o f   V S C M e a s u r e m e n t s   F r o m   B L D C   M o t o r     Fig u r e   10 .   C u r r en t c o n tr o lled   B L DC   m o to r   s p ee d   co n tr o l stra teg y       P V   S y s t e m B L D C   M o t o r R e a l   T i m e   M a c h i n e D 1 C 1 C 2 D 2 D 3 N 2 N 1 C 3 S H i g h   G a i n   D C - D C   C o n v e r t e r w r e f w a c t P I T r e f T a c t G a i n I r e f _ m a g I s h a p e I a r e f H y s t e r e s i s   C u r r e n t   C o n t r o l l e r G a t e   P u l s e s   t o   S 1 - S 6 S 4 S 1 S 3 S 5 S 2 S 6 C o n v e r t e r   f o r   B L D C   M o t o r P I V c a r r i e r V d c _ r e f V d c _ a c t D u t y   C y c l e V r e f C o n t r o l   c i r c u i t   f o r   D C - D C     C o n v e r t e r I b r e f I c r e f I a I b I c C u r r e n t   m e a s u r e m e n t     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   o f B r u s h less   DC   Dri ve   w ith   S in g le  C u r r en t S en s o r   F ed   ( G. G. R a ja   S ek h a r )   39   Fig u r e   11.   Sy s te m   co n f i g u r ati o n   w ith   c u r r en t c o n tr o lled   B L DC   m o to r   d r iv s u p p lied   w it h   P f ed   h ig h   v o ltag g ai n   DC - D C   co n v er ter     Fig u r e   1 0   s h o w s   t h s p ee d   co n tr o s tr ateg y   o f   B L D C   m o to r   w it h   in ter n al  cu r r en co n tr o ller .   P r im ar il y ,   t h ac t u al   s p ee d   o f   B L D C   m o to r   is   s e n s ed   f r o m   h all   s e n s o r s   an d   i s   co m p ar ed   to   r ef er e n ce   s p ee d   s ig n al.   T h er r o r   g en er ated   f r o m   ac tu al  a n d   r ef er en ce   s p ee d   is   f ed   to   s i m p le  P I   co n tr o ller   w h ich   y ield s   r ef er en ce   to r q u s ig n al.   A   P I   c o n tr o ller   atte m p ts   to   co r r ec th er r o r   b etw ee n   m ea s u r ed   p r o ce s s   v ar iab le  an d   d esire d   s et  p o in b y   ca lcu la tin g   an d   t h e n   o u tp u tti n g   co r r ec tiv ac tio n   t h at  ca n   a d j u s th p r o c ess   ac co r d in g l y .   T h o b tain ed   r e f er en ce   to r q u s i g n al  is   co m p ar ed   w it h   ac t u al  to r q u o f   B L D C   m o to r   a n d   th e   er r o r   is   f ed   th r o u g h   g ai n   to   o b tain   r ef er en ce   cu r r en m ag n i tu d e,   as  th cu r r e n is   p r o p o r tio n al  to   t o r q u s ig n al.   T h o b tain ed   cu r r en m ag n it u d an d   th cu r r e n s h ap ar m u ltip lied   to   o b tain   r ef er en ce   cu r r e n s ig n al.   T h r ef er en ce   c u r r en s ig n al  i s   ag ai n   co m p ar ed   to   ac tu al  cu r r e n ts   i n   s ta to r   o f   B L DC   m o to r   an d   t h er r o r   is   f ed   to   h y s ter esi s   cu r r en co n tr o ller   to   p r o d u ce   g ate  p u ls es  to   s w itc h es  o f   v o l ta g s o u r ce   co n v er ter   ( VSI ) .   T h u s   b y   co n tr o llin g   t h e   cu r r en t o f   B L DC   m o to r   th s p ee d   co n tr o l is ac h iev ed   an d   m o to r   is   m ad to   r u n   at  d esire d   s p ee d .   T h o v er all  s y s te m   w it h   in ter n al  cu r r en co n tr o lled   B L DC   m o to r   d r iv s u p p lied   w it h   P f ed   h ig h   v o lta g g ai n   DC - DC   co n v er te r   is   s h o w n   in   Fi g u r e   1 1 .   T ab le  2   s h o w s   s y s te m   p ar a m e ter s   f o r   s i m u la tio n   o f   th p r o p o s ed   s y s te m .       T ab le  2 .   Sy s te m   P ar a m eter s   f o r   s i m u latio n   o f   th s y s te m   P a r a me t e r s   V a l u e   P V   o u t p u t   v o l t a g e   4 0   V   C a p a c i t o r   C 1 ,   C 2   o f   D C - D C   c o n v e r t e r   4 7   µ F   C a p a c i t o r   C 3   o f   D C - D C   c o n v e r t e r   1000         5 .   RE SUL T A N ANA L Y SI S     5 .1 Sin g le  curr ent   s en s o B L DC  m o t o driv o pera t ing   w it v a ria ble  increa m ent a l   s pee a nd   f ix e d   t o rque           Fig u r e   12 .   P o u tp u t in   v o lts       T h o u tp u v o ltag f r o m   p h o to - v o ltaic  s y s te m   w it h   s i n g le  cu r r en s en s o r   B L DC   m o to r   d r iv o p er atin g   w it h   v ar iab le  i n cr ea m en tal  s p ee d   an d   f i x ed   to r q u e   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 2 .   P y ield s   t h o u tp u o f   4 0 as sh o w n   i n   Fi g u r e   1 2 .           Fig u r e   13 .   Hig h - g ain   D C - DC   co n v er ter   o u tp u t i n   v o lts     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   33     45   40   T h o u tp u v o ltag f r o m   h i g h   g ai n   DC - D C   co n v er ter   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 3 .   DC - DC   co n v er ter   in cr ea s es   th e   lev el   o f   P v o ltag f r o m   4 0   an d   g i v es  o u th o u tp u o f   5 0 0 as  s h o w n   in   Fi g u r e   1 3 .   E v e n   w it h   s p ee d   ch a n g co m m an d ,   th o u tp u t o f   D C - D C   co n v er te r   is   m ai n tai n ed   co n s ta n t.             Fig u r e   14 .   Stato r   cu r r en ts   an d   b ac k   E MF  o f   B L D C   m o to r       Stato r   cu r r en t   o f   o n p h ase  o f   B L D C   m o to r   an d   b ac k   E MF   ar s h o w n   in   Fi g u r e   1 4 .   Sin c v ar iab le   s p ee d   co m m an d   is   g i v e n   at  0 . 2   s ec   an d   0 . 4   s ec ,   b ac k   E MF  in cr ea s r esp ec tiv el y   w it h   in c r ea s in   s p ee d .   B u t   th s tato r   cu r r en d r a w n   b y   th B L D C   m o to r   r e m ai n s   s a m w it h   co n s tan m a g n itu d e   ap ar f r o m   s li g h t   d is tu r b an ce   at  t h ti m o f   ch a n g i n   s p ee d .             Fig u r e   15 .   Sp ee d   o f   B L DC   m o to r       Sp ee d   o f   B L DC   m o to r   is   s h o w n   in   Fi g u r e   1 5 .   Sin ce   th v ar iab le  s p ee d   co n d itio n   is   a p p lied ,   th e     s p ee d   ch a n g e s   at   0 . 2   s ec   a n d   0 . 4   s ec .   I n cr e m en tal  s p ee d   co m m a n d   i s   g i v en   at  0 . 2   s ec   a n d   at  0 . 4   s ec   to   b e   in itial l y   at  1 5 0 0 r p m   w i th   ch a n g e   to   2 0 0 0   r p m   at   0 . 2   s ec   an d   2 5 0 0   r p m   a 0 . 4   s ec   r esp ec t iv el y   a n d   th e   ac tu a l   s p ee d   f o llo w s   th s et  s p ee d   co m m an d .           Fig u r e   16 .   T o r q u o f   B L DC   m o to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   o f B r u s h less   DC   Dri ve   w ith   S in g le  C u r r en t S en s o r   F ed   ( G. G. R a ja   S ek h a r )   41   T o r q u o f   B L DC   m o to r   i s   s h o w n   i n   Fig u r e   1 6 .   Si n ce   th e   v ar iab le  s p ee d   co n d itio n   i s   a p p lied ,   th e   ch an g o f   to r q u i s   at  0 . 2   s ec   an d   0 . 4   s ec   w i th   r e s p ec tiv e   s p ee d   ch an g co m m an d   b u s ettles  s o o n   to   f i n al   v alu e.   E v en   t h o u g h ,   th s p ee d   ch an g es,  to r q u r e m a in s   co n s t an t a p ar t f r o m   f lu c tu at io n s .       5 . 2   Sin g le  curr ent   s ens o B L DC  m o t o driv o pera t ing   w it v a ri a ble  decr ea m e nta s peed  a n f ix e d   t o rque             Fig u r e   17 P o u tp u t in   v o lts       T h o u tp u v o ltag f r o m   p h o to - v o ltaic  s y s te m   w it h   s i n g le  cu r r en s en s o r   B L DC   m o to r   d r iv o p er atin g   w it h   v ar iab le  d ec r ea m en tal  s p ee d   an d   f i x ed   to r q u e   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 7 .   P V   y ield s   t h o u tp u o f   4 0 as sh o w n   i n   Fi g u r e   17.           Fig u r e   18 .   Hig h - g ain   D C - DC   co n v er ter   o u tp u t i n   v o lts       T h o u tp u v o ltag f r o m   h i g h   g ai n   DC - D C   co n v er ter   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 8 .   DC - DC   co n v er ter   in cr ea s es  th le v el  o f   P v o lt ag f r o m   4 0   an d   g iv e s   o u t h o u tp u o f   4 0 0 as  s h o w n   i n   Fi g u r e .   E v en   w it h   s p ee d   ch an g co m m an d ,   t h o u tp u t o f   DC - D C   co n v er ter   is   m ai n tai n ed   co n s ta n t.            Fig u r e   1 9 : Stato r   cu r r en ts   a n d   b ac k   E MF  o f   B L D C   m o to r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   33     45   42   Stato r   cu r r en t   o f   o n p h ase  o f   B L D C   m o to r   an d   b ac k   E MF   ar s h o w n   in   Fi g u r e   1 9 .   Sin c v ar iab le   s p ee d   co m m a n d   is   g iv e n   at  0 . 2   s ec   an d   0 . 4   s ec ,   b ac k   E MF  d ec r ea s r esp ec tiv el y   w it h   d ec r ea s in   s p ee d .   B u t   th s tato r   cu r r en d r a w n   b y   th B L D C   m o to r   r e m ai n s   s a m w it h   co n s tan m a g n itu d e   ap ar f r o m   s li g h t   d is tu r b an ce   at  t h ti m o f   ch a n g i n   s p ee d .             Fig u r e   2 0 : Sp ee d   o f   B L DC   m o to r       Sp ee d   o f   B L DC   m o to r   is   s h o w n   in   Fi g u r e   2 0 .   Sin ce   th v ar iab le  s p ee d   co n d itio n   is   a p p lied ,   th e     s p ee d   ch an g es  a 0 . 2   s ec   an d   0 . 4   s ec .   Dec r em e n tal   s p ee d   co m m a n d   is   g i v e n   at  0 . 2   s ec   a n d   at  0 . 4   s ec   to   b e   in itial l y   at  2 5 0 0 r p m   w i th   ch a n g e   to   2 0 0 0   r p m   at   0 . 2   s ec   an d   1 5 0 0   r p m   a 0 . 4   s ec   r esp ec t iv el y   a n d   th e   ac tu a l   s p ee d   f o llo w s   th s et  s p ee d   co m m an d .           Fig u r e   2 1 : T o r q u o f   B L DC   m o to r       T o r q u o f   B L DC   m o to r   i s   s h o w n   i n   Fig u r e   2 1 .   Si n ce   th e   v ar iab le  s p ee d   co n d itio n   i s   a p p lied ,   th e   ch an g o f   to r q u i s   at  0 . 2   s ec   an d   0 . 4   s ec   w i th   r e s p ec tiv e   s p ee d   ch an g e   co m m an d   b u s ettles  s o o n   to   f i n al   v alu e.   E v en   t h o u g h ,   th s p ee d   ch an g es,  to r q u r e m a in s   co n s t an t a p ar t f r o m   f lu c tu at io n s .       5 . 3   Sin g le  curr ent   s ens o B L DC  m o t o driv o pera t ing   wit h v a ria ble t o rque  a nd   f ix ed   s peed           Fig u r e   2 2 : P o u tp u t in   v o lt s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.