I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 1 8 ,   p p .   3 6 9 7 ~ 3 7 1 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 5 . pp 3 6 9 7 - 3710          3697       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 JE C E   C o m puter Sim ul a ti o n of P M SM  M o to r wi t h F i v e P ha s e In v erter C o nt ro l   u s i n g  S i g n a l  P ro ce s s i ng  T echn i que s       K ha la f   S.  G a eid 1 ,   M s ha ri  Ae a d As k er 2 ,   Na da   N .   T a w f ee q 3 ,   Sa la m   Ra zo o k y   M a hd i 4   1, 3 ,4 De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g   De p a rtm e n t,   T ik rit   Un iv e rsity ,   Ir aq   2 D e p a rt m e n o f   Co m p u ter S c ien c e   De p a rtme n t ,   T ik rit   Un iv e rsit y ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   2 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J u l 2 6 ,   2 0 1 8     T h e   sig n a p ro c e ss in g   tec h n i q u e s   a n d   c o m p u ter  sim u latio n   p lay   a n   im p o rtan ro le  in   t h e   f a u lt   d iag n o sis  a n d   to lera n c e   o f   a ll   t y p e o f   m a c h in e in   th e   f irst   ste p   o f   d e sig n .   P e rm a n e n m a g n e sy n c h ro n o u m o to r   ( P M S M a n d   f iv e   p h a se   in v e rter  w it h   sin e   w a v e   p u lse   w id th   m o d u lati o n   (S P W M stra teg y   is   d e v e lo p e d .   T h e   P M S M   sp e e d   is  c o n tro ll e d   b y   v e c to c o n tro l.   I n   t h is  w o rk ,   a   f a u lt   to lera n c o n tr o l   ( F T C)  sy ste m   in   th e   P M S M   u si n g   w a v e let  s w it c h in g   is   in tro d u c e d .   T h e   f e a tu re   e x trac ti o n   p ro p e rty   o f   wa v e let  a n a l y si u se d   th e   e rro a o b tain e d   b y   th e   w a v e let  d e - n o i se d   sig n a a in p u t o   t h e   m e c h a n i s m   u n it   t o   d e c id e   th e   h e a lt h y   s y ste m .   T h e   d iag n o sis  a lg o rit h m ,   w h ich   d e p e n d o n   b o th   w a v e let   a n d   v e c to c o n tro to   g e n e ra te  P W M   a c u rre n b a se d   m a n a g e   a n y   p a ra m e ter  v a riatio n .   A n   o p e n - e n d   p h a se   P M S M   h a a   larg e ra n g e   o sp e e d   re g u latio n   t h a n   n o rm a P M S M .   S im u latio n   re su lt c o n f irm   th e   v a li d it y   a n d   e ffe c ti v e n e ss   o f   th e   sw it c h in g   stra teg y .   K ey w o r d :   5   p h ase  in v er ter   Fau lt to ler a n t c o n tr o l   P MSM   Vec to r   co n tr o   W av elet   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit 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 :   Kh ala f   S.  Gae id   Dep ar te m en t o f   E lectr ical  E n g in ee r in g   Dep ar t m e n t,    T ik r it Un iv er s it y ,   I r aq .   E m ail:  g ae id k h ala f @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     No w ad a y s ,   th e n er g y   a n d   m ain te n an ce   s a v i n g   in   t h lar g e - s ca le  AC   m o to r   d r iv s y s te m s   ar v er y   cr u cial  r eq u ir e m e n to   m o d i f y   m ac h i n es  to   elec tr ic - p o w er ed   f o r   im p r o v t h eir   p er f o r m an ce .   M u lti - p h a s in v er ter   d r i v is   u s ed   f o r   d r iv i n g   lar g e - s ca le  m o to r   as   w ell   as  t h o th er   t y p es  o f   m o to r s   [ 1 ] .   I n   th p ast  f e y ea r s ,   th co n v e n tio n al  I Ms  h as  b ee n   r ep lace d   b y   P MSM s   in   s p ite   th eir   co s is   r elati v el y   h ig h er .   P MSM s   ar p o p u lar   in   in d u s tr y   w i th   ad v an ce d   p er f o r m a n ce   d u to   th h i g h   p r ec is io n   to r q u e ,   lo w er   m ai n ten a n ce   co s s u c h   as   in   elec tr ic  tr ac tio n ,   s teel  m ill  , m ili tar y   w ea p o n s ,   ele v ato r s ,   elec tr ic  m a ch i n e s ,   s er v o   s y s te m s ,   a n d   h y b r id   v eh ic le  [ 2 ] . Mu lti - w i n d i n g   m o t o r s   ca n   b e   u s ed   w it h   a ll  t y p es   o f   co n tr o tech n iq u e s   ei th er   c l o s ed   lo o p   o r   o p en - lo o p   co n tr o s u c h   as  d ir ec to r q u co n tr o l   ( DT C ) ,   v o lt  to   f r eq u e n c y   ( V/f )   co n tr o a n d   v ec to r   co n tr o p ar ticu lar l y   w it h   P MSM   m o to r s   [ 3 ] .   I n   th liter atu r m a n y   r esear ch   w o r k s   o n   m u lti p h ase  m o to r s   f a u lt   co n d itio n s   s u ch   as  i n   [ 4 ] .   Si g n al  p r o ce s s i n g   tec h n iq u es   is   u s ed   to   d etec t h f au l ts   o f   P MSM   co n tr o s y s te m   [ 5 ] .   I n   [ 6 ] ,   cu r r en co n tr o is   i m p o s ed   to   m i n i m ize  t h to r q u r ip p le  in   th f i v e - p h ase  s e g m e n m o to r   w h e n   o n p h ase  g et  o p en ed .   Feed b ac k   cu r r en co n tr o l,  u s es   s u m   o f   cu r r en o f   in v er ter   p h as es  to   ca lcu late  th e   in f o r m atio n   to   co n tr o th s y s te m   f a u lts   w it h   s i n g le  o r   m u lti  co n tr o ller s .   Fau lt  to ler an t   s tu d ies  p r ese n ted   d if f er e n to p o lo g ies  to   h a v s u f f icie n o p er atio n   o f   an y   g i v en   f a u lt y   s y s te m   an d   in cr ea s in g   t h r eliab ilit y   [ 7 ] . C o n tr o l sch e m es   o f   o p en   w i n d i n g s   ( OW )   P MSM   a n d   i n v er ter s   to   o p ti m ize   th e   m o to r s   w o r k i n g   r a n g e   an d   ef f icien c y   is   in tr o d u ce d   i n   [ 8 ] .   A   f au l t   to ler an t   co n tr o l   s tr ate g y   f o r   a   s i n g le  o p en   p h ase  f a u lt  ( OP F)  in   t h r ee - p h ase  P MSM   i m p r o v ed   in   [ 9 ] .   A   w a v elet  ca n   b d ef i n ed   as  w a v ef o r m   o f   li m i ted   p er io d   th at  h as  ze r o   av er ag v al u e   [ 1 0 ] .   T h f au lt  d iag n o s i s   tas k   is   to   lo ca te  an d   id en ti f y   t h f a u lt  in   t h clo s ed   lo o p   s y s te m   m o d e l   m ea n w h i le   FT C   w h ic h   is   to   o b tain   s ati s f ac to r y   o p er atio n   an d   r ec o v er   f r o m   t h s p ec i f ic  f a u lts .   Ne u r al  n e t w o r k   co m b i n atio n   w it h   ad ap tiv f il t er   as  o n k in d   o f   t h s i g n al  p r o ce s s in g   i n   th f au l d iag n o s is   s en s o r les s   co n tr o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 9 7     3 7 1 0   3698   s ch e m is   i n tr o d u ce d   in   [ 1 1 ] .   Dig ital  s ig n al  p r o ce s s i n g   w i th   h ig h l y   ad v an ce d   c h ip   to   d esig n   P MSM   d ig ita l   co n tr o ller   in tr o d u ce d   in   [ 1 2 ] .     T h s en s o r s ,   elec tr o n ic   co m p o n en t s   o f   m ac h in e   d r iv e s   a n d   t h e n v ir o n m e n t   f a u lt s   s u c h   a s   w ir es  a n d   co n n ec to r s   ar th m ai n   t y p e s   o f   s y s te m   f au lts .   W av ele v ec to r   co n tr o P MSM   m o to r   d r iv es  a n al y s is   a n d   f ea t u r ex tr ac tio n   in   FT C   a n d   s ig n al   p r o ce s s in g   co m b i n at io n   w it h   d if f er en t   d eg r ee   o f   o p en   cir cu it   f ail u r in tr o d u ce d   i n   [ 1 3 ] .   I n   h ig h   v o ltag h i g h   p o w er   e n er g y   co n tr o l,  th M u lti lev el   i n v er ter   u s es   a s   a n   i m p o r tan t   alter n ati v tech n o lo g y   d u to   its   less   b lo ck i n g   v o ltag r eq u ir e m en o f   s e m ico n d u cto r   p o w e r   d ev ices,T HD  an d   v o ltag e   in s u latio n   [ 1 4 ] .   P o w e r   s e m ico n d u cto r   i s   t h m o s w ea k n ess   d ev ice s   i n   i n d u s tr ia ap p licatio n s   [ 1 5 ] .   P MSM s   f au lts   ca n   b d iv id ed   in to   t w o   m ai n   p ar ts ,   elec tr i ca l   f au l ts   an d   m ec h a n ical  f au lts .   Op en   an d   s h o r s tato r   w i n d in g   s h o r t   tu r n   f a u lt s   ar co m m o n   i n   elec tr ical  p a r an d   i i s   ca u s ed   b y   t h e   co m b in atio n   o f   v ar io u s   s tr ess e s   ac tin g   o n   t h s tato r ,   s u ch   a s   th er m al,   elec tr ical,   m ec h an ica l,  an d   en v ir o n m e n tal  s tr ess es   [ 1 6 ] .   T h o f   m u lt ip h ase  m ac h in e s   d ev elo p m e n s p ec iall y   f i v e - p h ase,   o f f er s   i m p r o v ed   p er f o r m an ce   to   r ea lize  s i n u s o id al  i n p u c u r r en a n d   u n it y   p o w er   f ac to r   [ 1 7 ] . T h m ai n   to p o lo g ies  o f   m u l tilev el   in v er ter s   a r e   d io d clam p ed   o r   n eu tr al  p o in cla m p ed   m u ltil e v el  i n v er ter ,   DC   lin k   v o lta g s tab le  ad o p in v er ter   o n e   ap p r o ac h   th m u ltil e v el  in v e r ter   th r ee - lev el  n eu tr al  p o in t   clam p ed   ( 3 L NP C )   ca p ac ito r   clam p ed   o r   f l y i n g   ca p ac ito r   m u lti lev el  in v er ter   an d   ca s ca d ed   H - b r i d g m u ltil ev el  in v er ter   [ 1 8 ] .   Sen s o r less   v ec to r   co n tr o s tr ateg y   f o r   th P MSM   d r i v o p er atin g   at  lo w   s w i tch i n g   f r eq u en c y   w i th   p r o g r a m m ed   P W m et h o d s   in tr o d u ce d   in   [ 1 9 ] .   T h m u lti lev el  i n v er ter   w it h   d is cr ete  w av ele b ased   f a u lt  d ia g n o s is   i s   ex p lai n ed   i n   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   P MSM   m o to r   m u ltip le  f a u lts   I d en ti f y in g   in   w it h   v ec to r   co n tr o m e th o d   b ased   o n   th e   w av e let  a n d   co m p le x   w a v elet   f ea t u r en h a n ce m en t s   u s ed   in   [ 2 2 ] .   T h s i n g u lar   v al u e   v ec to r s   is   o b tain ed   u s i n g   th o u tp u t   v o lta g e   w a v e f o r m s   o f   th f au lt y   i n v er t er   th r o u g h   d ec o m p o s in g   o f   d is cr ete  o r th o g o n al  w a v elet  tr a n s f o r m   [ 2 3 ] .       T h s af et y ,   co s t s   a n d   co n d i tio n   m o n ito r i n g   eq u ip m en i s   t h m ai n   co n s id er atio n s   in   an y   f au lt   d iag n o s i s   [ 2 4 ] .   T h v o ltag cu r r en to p o lo g y   i s   u s ed   to   d iag n o s th o p en   cir cu it  f au l in   t h NP C   th r ee   lev els   co n v er ter   [ 2 5 ] .   W av elet  p ac k et  tr an s f o r m   ( W P T )   to   d iag n o s f au lt y   in v er ter ,   s lid i n g   m o d o b s er v er ,   ex p er s y s te m s ,   f u zz y   lo g ic  a n d   ar tific ial  in telli g en ce   p r o p o s ed   in   [ 2 6 ] .   Dis cr ete  w a v elet  tr a n s f o r m   ( DW T )   s ec o n d   h ar m o n ic  co m p o n e n a n al y s i s   u s ed   i n   t h v o ltag s o u r ce   i n v er ter   cir cu it  a n d   s ta to r   f a u lt  d iag n o s i s   [ 2 7 ] .   T h e   m u ltil e v el  co n v er ter s   o f f er s   w id r a n g o f   FT C   o p tio n s   d u to   t h i n h er en t   r ed u n d a n cies   an d   m o d u lar it y   o f   s u c h   to p o lo g y   [ 2 8 ] .     T h m ain   co n tr ib u tio n   o f   t h i s   p ap er   is ,   i n cr ea s t h r elia b ilit y   o f   t h P MSM   clo s ed   l o o p   co n tr o s y s te m ,   i n tr o d u ce   n e w   FT W T   co m b i n ed   w it h   v ec to r   co n tr o l stra teg y   th r o u g h   s m o o th   s w itc h in g   tec h n iq u e.     T h s tr u ctu r o f   t h is   p ap er   f o llo w s P MSM   m o to r   m ath e m a tical  m o d el  in   Sectio n   2 ,   v ec to r   co n tr o tec h n iq u es   is   g iv e n   i n   Sectio n   3 ,   i n   Sectio n   4 ,   th e   ch ar ac ter is tic  o f   t h SP W co n v er ter   is   o b tai n ed ,   t h e   p r o p o s ed   s ig n al  p r o ce s s i n g   t ec h n iq u es  i s   g i v e n   in   Sectio n   5 ,   co m p ar ati v s t u d y   i n   S ec tio n   6 .   Fin all y ,     Sectio n   7   g i v es a   co n cl u s io n s   ab o u t th is   s tu d y .       2.   P M S M   M O T O M AT H E M AT I C AL   M O DE L   I n ter est  in   M u lti - p h a s m o to r   d r iv es  g et  h i g h l y   i n ter est  d u r in g   last   d ec ad e.   P MSM   ar e   b ec o m i n g   attr ac tiv i n   m an y   i n d u s tr ial  ap p licatio n s   d u to   t h eir   s m o o th   o u tp u r e s p o n s e,   r eliab ilit y ,   h i g h er   ef f icie n c y ,   lo w er   to r q u p u ls atio n s   at  h i g h er   f r eq u en cie s   an d   p o w er   d en s it y .   T h m ai n   co m p o n e n ts   o f   th elec tr ica d r iv es c an   b s h o w n   as i n   t h e   Fig u r 1.           Fig u r 1 .   Ma in   co m p o n e n ts   o f   elec tr ical  d r iv es       I n   t h i m p le m en ta tio n   o f   t h e   f i v e - p h ase  P MSM   m ac h i n e,   t h s tato r   w i n d in g s   ar co n n ec ted   in   w y e   to   an   in ter n al  n eu tr al  p o in t.  T h f iv e - p h a s m ac h i n h as  s in u s o id al  b ac k   E MF  w a v e f o r m   an d   r o u n d   r o to r .   Ma th e m atica m o d el  o f   P MSM   d escr ib in   th is   p ap er   is   b as ed   o n   f o llo w i n g   ass u m p tio n s   [ 2 9 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E ng     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o mp u ter S imu la tio n   o f P MS M Mo to r   w i th   F ive  P h a s I n ve r ter C o n tr o l u s in g   S ig n a l   … ( K h a la f S .   Ga eid )   3699   a.   No   co r s atu r atio n   an d     b.   T h w in d i n g   leak a g i n d u cta n ce   ca n   b e   ig n o r ed   c.   P u r s in w a v in   air   g ap   a n d   th h i g h er   h ar m o n ic  ca n   b n e g li g ib le.   T h s tato r   v o ltag eq u atio n   ca n   b w r itte n   as;                       ( 1 )     T h air   g ap   f lu x   lin k a g es                       ( 2 )                       ( 3 )     L s s ,   λ m ,   R s ,   is ,   λ s   is   th s tato r   in d u ctan ce   m atr i x ,   th f lu x   l in k a g m atr ix   , s tato r   r esis tan c m atr ix ,   cu r r en m atr ix ,   f l u x   li n k ag e s   m atr i x   r esp ec tiv el y .   T h s tato r   cu r r en ts   ar e:       ( 4 )     T h s elf   an d   m u t u al  i n d u cta n c es   ar ass u m ed   to   h a v s a m v alu f o r   all  t h p h ase s   as i n   ( 5 ) .       ( 4 )     T h s elf   an d   m u t u al  i n d u cta n c es   ar ass u m ed   to   h a v s a m v alu f o r   all  t h p h ase s   as i n   ( 5 ) .         ( 5 )     T h p h ase  v ar iab les  o f   t h P MSM   m o to r   ar tr an s f o r m ed   in to   r ef er en ce   f r a m e.   T h is   j u s s i m p l if y   th P MSM   m o d el.   T h tr an s f o r m atio n   m atr i x   f o r   th i s   s y s te m   is   g i v en   b y   th f o llo w in g   m at r ix   [ 1 4 ] .       ( 6 )     B y   ap p l y in g   t h i s   tr an s f o r m ati o n   to   th s tato r   v o lta g es   an d   f l u x   p r ese n ted   i n   ( 1 )   an d   ( 2 )   an d   tak i n g   th e   v al u e s   o f   ( θs=  0 & α =2 π/5 )   in   th is   tr an s f o r m atio n ,   th f o ll o w i n g   eq u atio n s   ar o b tain ed :       ( 7 )       ( 8 )       ( 9 )       ( 1 0 )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 9 7     3 7 1 0   3700   Su b s ti tu t in g   t h v al u es  f r o m   E q u atio n s   (7 ) - ( 1 0 ) ,   th f o llo w i n g   m atr i x   is   o b tai n ed       ( 1 1 )     T h o u tp u t to r q u T   ca n   b ex p r ess ed   as :       ( 12 )       ( 1 3 )     Si m u li n k   i m p le m e n tatio n   o f   P MSM   ele ctr ical  p ar t c an   b s h o w n   as in   Fig u r 2.           Fig u r 2 .   E lectr ical  p ar t o f   th P MSM       T h m ec h an ica p ar o f   th PMSM  ca n   b d r iv ed   f r o m   th t o r q u T w h ich   is   f u n ctio n   o f   th s tato r   f l u x e s   an d   cu r r en ts .   A s   i n   t h elec tr ical  p ar t ,   th m ec h an ical  p ar t o f   th P MSM   ca n   b s h o w n   as i n   Fi g u r 3.           Fig u r 3 .   Me ch an ical  p ar t o f   t h P MSM   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E ng     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o mp u ter S imu la tio n   o f P MS M Mo to r   w i th   F ive  P h a s I n ve r ter C o n tr o l u s in g   S ig n a l   … ( K h a la f S .   Ga eid )   3701   T h p lo y n i m ail  f au lt y   a n d   h e alth y   m o d es  o f   th co n tr o s y s te m   ar i m p le m e n ted   b y   I d en ti f icatio n   Ma tlab   to o lb o x .         3.   VE C T O R   CO NT RO L   T E C H NIQ U E   Vec to r   co n tr o in   in d u s tr ial  a p p licatio n s   ar v er y   p o p u lar .   T h b asic  p r in cip les  o f   v ec to r   co n tr o l,   w it h   t h h elp   o f   t h p h aso r   d iag r a m   is   s h o w n   in   Fi g u r 4   [ 3 0 ] . I n   o r d er   to   c o n tr o th o u tp u to r q u o f   th e   m ac h in e s , th v ec to r   co n tr o l   is o lates  lin ea r   an d   n o n lin ea r   P MSM   f l u x   a n d   to r q u u n d i v id au l y   a n d   o p er ates  as   s ep ar atel y   e x cited   DC   m ac h in e.   T h t h r ee   p h a s v o ltag e   a n d   cu r r e n ar co n v er ted   to   t wo   p h ase  w ir e   d   an d   q   ax is .   S y n c h r o n izatio n   w it h   t h d - q   f r a m r o tatin g   r o to r   m a g n et ic  f l u x   v ec to r s   [ 3 1 ] .           Fig u r 4 .   Statio n ar y   r e f er en ce   o f   v ec to r   co n tr o l       T h is   m a k i n g   P MSM   to   w o r k   as  h i g h - p er f o r m an ce   d u r in g   all  t h o p er atin g   ar ea . T h Si m u li n k   u n it   o f   v ec to r   co n tr o l to   p r o d u ce   c o n tr o l g ates  f o r   th f iv p h a s in v er ter   ca n   b s h o w n   in   F ig u r 5 .             Fig u r 5 .   Vec to r   co n tr o l si m u l in k   i m p le m e n tatio n       T h d ec o u p led   co n tr o o f   to r q u an d   f lu x ,   t h h ig h er   ef f ic ien c y   f o r   ea ch   o p er atio n   p o in in   w id e   s p ee d   r an g e,   an d   th b etter   d y n a m ic  b eh av io r   ar th m ai n   a d v an ta g es o f   t h v ec to r   co n tr o l.       4.   SPWM   I NVERT E R   T h th r ee - p h a s co n v e n tio n al   s in w a v P W is   ea s ier   in   i m p le m e n tat io n   co m p ar to   an y   o t h er   to p o lo g y   [ 3 5 ] ,   p r o d u ce s   lo w er   a m o u n o f   h ea d u r i n g   th p er io d   o f   s w itc h i n g ,   co n s u m es  le s s   p o w er   an d   o p er ate  w it h   h ig h er   f r eq u en ci es.  I n   t h is   p ap er   f iv e   p h ase  te n   s w i tch   in v er ter s   ar u s ed   i n   f i v p h a s v o lta g e   s o u r ce   in v er ter   ( VSI )   [ 3 2 ] .   Ma n y   r e s ea r ch es   h a v b ee n   in v esti g a tin g   V SI  an d   C SI  t y p e s   o f   f a u lt s   i n v er ter s .   T h o u tp u w a v e f o r m   a n d   r ed u ce   h ar m o n ic  d is to r tio n   is   v er y   i m p o r tan t to   i m p r o v t h e   in v er ter s .   I n   m u ltil e v el   in v er ter s ,   th co s t,  s ize,   co m p lex it y   o f   co n tr o s c h e m e   an d   r eliab ilit y   ar d ep en d s   o n   th e   n u m b er   o f   d e v ices   n ee d ed   [ 3 3 ] .   Mu ltil ev el  in v er t er s   w it h   t h n u m b er   o f   s w itc h es  n ee d ed   f o r   ea ch   co n f i g u r ati o n   ca n   b s h o w n   i n   T ab le  1 .       Ta b le  1 .   Mu ltil ev el  I n v er ter s   w it h   t h N u m b er   Nee d ed   c a sc a d e d   F l y i n g   c a p a c i t o r   D i o d e   c l a mp     (N - 1 ) * 2   (N - 1 ) * 2   (N - 1 ) * 2   M a i n   sw i t c h i n g   d e v i c e s   (N - 1 ) * 2   (N - 1 ) * 2   (N - 1 ) * 2   M a i n   d i o d e s   0   0   (N - 1 ) * ( N - 2)   C l a mp i n g   d i o d e s   (N - 1 ) / 2   (N - 1)   (N - 1)   D C   b u c a p a c i t o r s   0   [ ( N - 1) * ( N - 2 ) ] / 2   0   B a l a n c i n g   c a p a c i t o r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 9 7     3 7 1 0   3702   T h Sp ac Vec to r   P u ls W id th   Mo d u latio n   ( SVP W M)   m ak es  t h m o to r   d r iv es   m o r r eliab le  in   ter m s   o f   s y s te m   p ar a m eter s .   T h is   m eth o d   g e n er ates  les s   T o tal   Har m o n ic  Dis to r tio n   ( T HD)   in   th o u tp u v o ltag e s   an d   cu r r en ts ,   w h ich   p r o v id es  m o r ef f ic ien u s o f   th DC   s u p p l y   v o ltag ( 9 0 . 7 %)  in   co m p ar is o n   to   s in u s o id al  P W tech n iq u es   [ 3 4 ] .   T h o u g h   it  h as  h ig h er   u tili za tio n   an d   ef f icie n c y ,   th ap p l icatio n   o f   SVP W is   li m ited   in   f i v e - p h ase  s y s t e m ,   as  it  n ee d s   to   co n tr o 3 2   s w itc h i n g   s tate s .   T h s in u s o id al  p u ls w id th   m o d u latio n   ( SP W M)   an d   its   co n tr o l c ir cu it s h o w n   i n   Fi g u r 6.           Fig u r 6.   SP W in v er ter   co m p lete  cir cu it       I n   [ 3 6 ] ,   [ 3 7 ] ,   th e f f icien c y   o f   SP W w as   m ea s u r ed   an d   es ti m ated   to   p r o v a   lo w er   DC   li n k   v o ltag e   u tili za t io n .   I n   th i s   s tu d y ,   f i v p h a s P MSM   m o to r   i s   b ei n g   co n s id er ed   to   ex te n d   t h o p er atio n al  r an g e   o f   SP W f o r   f iv e - p h ase  i n v er ter   an d   m ain tain   s u f f icie n t o u tp u t r esp o n s d u r i n g   th o cc u r r en ce   o f   f a u lt s .       5.   SI G NA L   P RO CE S SI N G   T E CH NIQU E   Sig n al  p r o ce s s in g   a n d   in telli g en s y s te m s   h av g ain ed   i m p o r ta n ce   in   m an y   tas k s ,   s u ch   as  f a u l t   lo ca tio n   a n d   esti m atio n ,   lo a d   esti m atio n s ,   r ea cti v p o w e r   co m p en s a tio n ,   t h e   r is k   o f   b lack o u t s .   HV DC   s y s te m s   f o r   m a n y   ap p licatio n   w it h   f a s t,  ac cu r ate  a n d   r eliab le  p r o tectio n   alg o r ith m s   h a v m aj o r   in ter est[3 8 ] . T h w av e let  u s ed   s ig n al  p r o ce s s i n g   s y s te m   o b jects  s u ch   a s   th d y ad ic  an al y s is   f ilter   b an k   a n d   d y ad ic  s y n t h esi s   f il ter   b an k   to   d e - n o is n o is y   s i g n al  u s in g   s o f t th r es h o ld s .     T h Dis cr ete  W av elet   T r an s f o r m   ( DW T )   d ec o m p o s th e   s ig n al s   at  n u m er o u s   s ca les   o f   ti m e   an d   f r eq u en c y   r eso l u tio n .   D L P w it h   i m p u l s r esp o n s b eg in s   w it h   DW T ,   p ass   th d is cr ete  o r ig in al  n o is y   s i g n a s ig n al,   w a v elet  co ef f icie n ts ,   o u tp u t r esp o n s e   th r o u g h   f ilter   w it h   i m p u l s r esp o n s e.     T h r esid u s ig n al  d is p la y s   t h er r o r   b etw ee n   th o r ig i n al  an d   d e - n o is ed   s i g n a an d   ca n   b u s ed   f o r   th s w itc h i n g   m ec h a n is m   b et w ee n   t h h ea lt h y   a n d   f au l t y   P MSM   co n tr o s y s te m .   Se v er al  s i g n a p r o ce s s i n g   m at h e m a tical  tec h n iq u e s   s u c h   as s m all  s i g n a l sta te  s p ac a v e r ag in g ,   Fo u r ier   tech n iq u e,   ti m d o m a in   m et h o d s ,   s h o r ti m Fo u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT) ,   is   u s ed   to   an a l y s t h p er f o r m a n ce   o f   s w i tch i n g   p o w er   co n v er ter s .   T h e   f i n ite  en er g y   i s   t h m o s t p o w e r f u l to o l in   s i g n al  t i m e - w a v ele t f r eq u en c y   c h ar ac ter is tic s .     T h ad m is s ib ilit y   a n d   r eg u l ar it y   co n d it io n   ar i m p o r tan p r o p er ties   o f   t h w a v elet   as  ca n   b ex p r ess ed   in   t h f o llo w i n g   f o r m u la  [ 3 9 ] .       ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E ng     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o mp u ter S imu la tio n   o f P MS M Mo to r   w i th   F ive  P h a s I n ve r ter C o n tr o l u s in g   S ig n a l   … ( K h a la f S .   Ga eid )   3703   ψ  ( ω )   is   u s ed   to   p er f o r m   t h s ig n al  w i th   Fo u r ier   tr a n s f o r m   u s i n g   t h w a v elet  f u n ctio n .   T h lo s in g   f u n ctio n   o f   t h in f o r m at io n   ca n   ch ec k ed   in   ( 1 5 ) .         ( 1 5 )     T h w a v elet  c a n   b u s ed   in   m an y   ap p licatio n s   s u c h   as  a   co m p r ess io n   s i g n a p r o ce s s in g ,   i m ag e   an al y s is ,   s tat is tic s ,   n o n li n ea r   d y n a m ic  p r o ce s s   m o d elli n g .   I also   h as   w id r an g o f   ap p li ca tio n s   in   elec tr ical   en g i n ee r i n g   f ield s   s u ch   a s   m ea s u r e m en o f   h ar m o n ics  i n   p o w er   lin e s   u n d er   n o n - s tead y   s tate  co n d itio n s ,   d is tu r b an ce   e v alu a tio n ,   d e - n o is in g   in   s ig n al  p r o ce s s i n g ,   f ast  tr an s ie n an al y s is   li k e   lig h ten i n g   in d u ce d   d is tu r b an ce s ,   f a u lt  id en tific ati o n   &   d iag n o s tic s   i n   elec tr ica m ac h in e,   elec tr o n ic  is s u es  o f   p o w er   h ar m o n ic   an al y s is   o f   s w i tch i n g   p o w er   s u p p l y   n o i s e.     T h d etec tio n   o f   t h an y   f a u lt y   s i g n al  ca n   b ei t h er   th r o u g h   s w i tch in g   m ea s u r e m e n t   o r   o u tp u t   w a v e f o r m   an al y s is   [ 4 0 ] .     T h w a v elet  tr a n s f o r m   b y   u s i n g   3 - le v el  w a v elet  d b 1 0   d e p en d in g   o n   p o s itiv lev e l,  s ig n al s   o f   P MSM   m o to r   ar an al y s ed   w it h   th ab o v t y p o f   w av e let.   Si m u li n k   i m p le m en tatio n   o f   t h n o i s r ec o n s tr u ctio n   a n d   n o is r ed u ctio n   w a v elet  to   g en er ate  th e   f ail u r es s y m p to m   ca n   b s h o wn   in   Fig u r 7   an d   Fig u r 8   r esp ec tiv el y .               Fig u r 7 .   No is r ec o n s tr u ctio n   w av ele t u n it           Fig u r 8 .   No is e   r ed u ctio n   w av elet  u n it       T h d is cr ete  w a v elet   tr an s f o r m s   is   u s ed   f o r   t h f ea t u r ex tr ac tio n   s y s te m .   T h d i s cr etiz ed   m o th er   w a v elet  f u n ctio n   ca n   b d ef i n e d   as:       (1 6 )     T h co r r esp o n d in g   DW T   ca n   b d ef in ed :       ( 1 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 9 7     3 7 1 0   3704   W h er e,   a0   an d   b 0   ar th f ix ed   co n s ta n ts   w ith a0 >1 , b 0 >0 ,   ( m ,   n     N) .   Her is   th s et  o f   p o s itiv e     in te g er s   [ 3 6 ] .   Du r in g   f au l co n d itio n   i n v er ter   m u l tip le  lev el  c u r r en s ig n al  is   k n o w n   f r o m   t h DW T   f au lt  v alu e   o u tp u ti m e   an d   f r eq u e n c y   i n   ti m a n d   f r eq u e n c y .   T h d ep en d en ce   o f   t h f l u x   a n d   to r q u o f   t h m o to r   s p ee d   is   u s ed   as a   b asis   to   d etec t   f au l ts .     d 3   d etailed   d ec o m p o s itio n   is   t h in f o r m a tio n   ab o u t t h cu r r e n t state  o f   t h s tato r   ca n   b d er iv ed   f r o m   th f r eq u e n c y   an d   h ig h   p ass   f i lter .     T h b est  w av ele t d ec o m p o s iti o n   lev el s   ca n   b o b tain ed   ac co r d in g   to   th f o llo w in g   cr iter ia:       ( 1 8 )     W h er e   f s   is   t h s a m p l in g   f r eq u en c y   a n d   f   is   t h n o m in a l f r eq u en c y .   T h w av ele h i g h   p ass   a n d   lo w   p as s   f i lter s   co ef f icie n i n   b o th   d ec o m p o s tio n   a n d   r ec o n tr u ct ed   s tag e s   ar illu s tr ated   as i n   Fi g u r 9.             Fig u r 9 .   W av elet  C o ef f icie n t   o f   h i g h   a n d   lo w   p as s   f i lte rs       6.   CO M P ARTI VE   S T UDY    MA T L A B Si m u l in k   i s   u s ed   t o   m o d el  all  t h i n d i v id u al   u n it s   o f   th e   P MSM   clo s ed   co n tr o l s y s te m .   f i v e - p h ase  m o to r   r ated   4 . 4   k W   f ed   b y   SP W in v er ter   s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 .   T h SP W in v er ter   o u tp u t s   g o es  t h r o u g h   co n tr o lled   v o lta g s o u r ce   b lo ck s   b e f o r b ein g   ap p lied   to   th P MSM   b lo c k ' s   s tato r   w i n d in g s .   T h lo ad   to r q u ap p lied   t o   m a ch in e 's s h a f t is  f i x ed   to   1 2   N. m .     T w o   co n tr o l   lo o p s   ar u s ed ,   th f ir s t o n is   th in n er   lo o p   to   r eg u late  th m o to r 's s tato r   cu r r en ts .   T h i s   is   f a s ter   th a n   th s ec o n d   s p ee d   co n tr o l lo o p   b y   te n   ti m es.           Fig u r 1 0 .   Si m u lin k   p r o p o s ed   cir cu it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E ng     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       C o mp u ter S imu la tio n   o f P MS M Mo to r   w i th   F ive  P h a s I n ve r ter C o n tr o l u s in g   S ig n a l   … ( K h a la f S .   Ga eid )   3705   T h p r o p o s ed   c o m p ar ati v s t u d y   i s   b ased   o n   th f o llo w in g   p r o ce d u r e:     6 . 1 .   H ea lt hy   c a s e   T h f iv e - p h a s P MSM   co n tr o p er f o r m a n ce s   in   h ea lt h y   co n d itio n s   ar s h o w n   i n   Fi g u r 1 1   to     Fig u r 1 3 ,   r esp ec tiv el y   i llu s tr atin g   th P MSM   c u r r en t s ,   th e   r o to r   s p ee d   an d   m o to r   to r q u e.   S m o o th   o p er atio n   in   all  t h th r ee   f ig u r es p r o v es t h h ea lt h y   o p er atio n .               Fig u r 11 .   P MSM   h ea lth y   c u r r en t     Fig u r 1 2 .   P MSM   h ea lth y   s p ee d           Fig u r 1 3 .   P MS h ea lth y   T o r q u e       6 . 2 .   F a ulty   Ca s w it ho ut  P ro po s ed  Alg o rit h m   T h o p er atio n   o f   m ac h i n is   test ed   u n d er   f au lt y   co n d itio n .   T h o p en   f au lt  o f   o n p h ase  i s   in tr o d u ce d   at  0 . 7   s ec .   I n itiall y   s p ee d   w as  s et  to   6 0 0   r p m   u n til  t h o cc u r r en ce   o f   th f au l t.  R ed u ctio n   o f   o p er atio n   s p ee d   is   ac ce p tab le  u n til   th e   s ec o n d   f a u lt a t 3   s ec .   th s p ee d   d ec r ea s ed   to   2 0 0   r p m   w i th   lar g r ip p le  as c an   b s h o w n   i n   Fig u r 14.           Fig u r 1 4 .   A ctu a l sp ee d   P MSM   f au lt y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  8 ,   No .   5 Octo b er   2 0 1 8   :   3 6 9 7     3 7 1 0   3706   T h co r r esp o n d en cu r r en w av ef o r m   ca n   b s h o w n   i n   Fi g u r 15 .   W ca n   s ee   a   lar g s p ik es  o f   cu r r en d u r i n g   n o n - s tead y   s tat m o d es.           Fig u r 1 5 .   P MSM   cu r r en t u n d er   th s y s te m   v ar iatio n   p ar a m e ter       6 . 3 .   F a ulty   ca s w it h pro po s ed  a lg o rit h m   T h p r o p o s ed   alg o r i th m   i s   tes ted   w it h   lo s o n an d   t w o   p h a s es  at  ti m e.   Fi g u r 1 6   illu s tr ate  I ab cd e   cu r r en w a v e f o r m   w h ic h   is   n o n - s in u s o id al  in   th e   b eg i n n in g   d u e   to   o p en   f au lt  at  o b s er v ed   th a w a v ef o r m   a m p lit u d is   d ec r ea s ed   d u r in g   less   lo ad   v al u e.   Var iatio n   o f   a m p lit u d i n d ica tes  t h at  f o r   m o r to r q u m o r e   cu r r en is   n ee d ed .   I n   t h is   s it u ati o n ,   t h e   cu r r en ts   i n   o th er   p h ase s   g et  d is to r ted   w h ic h   r ed u ce s   t h o u tp u to r q u e.   F ig u r 1 7   s h o w s   th to r q u at   t w o - p h ase  o p en   f a u lt s   an d   r ef er en c to r q u is   ch an g ed   b et w ee n   ( 1 2 , - 12)   Nm .     I w as  o b s er v ed   th at  t h to r q u at  s in g le  p h ase  o p en   f au lt  i m p r o v ed .   T h o u tp u to r q u ca n   b e   m ax i m ized   u n d er   f a u lt c o n d iti o n   b y   m o d if y i n g   th m a g n i tu d es a n d   p h ase s   in   t h r e m ai n i n g   p h ase  cu r r en t s .               Fig u r 1 6 .   R ef er en ce   a n d   ac tu al  s p ee d     Fig u r 1 7 .   T o r q u ac tu al  an d   r ef er en ce       T h s p ee d   is   g r ad u all y   i n cr ea s ed   d u r in g   th f a u lt  p er io d s   ( 0 . 5   an d   3 )   s ec   an d   h ig h   to r q u n ee d ed   u n t il st ab ili t y   o b tain ed   as c a n   b s h o w n   i n   Fi g u r 18.   A p ar f r o m   th e s lar g s p ik e s ,   to r q u is   k ep t   co n s tan t   at  i n p u lo ad   v al u o f   1 2   N m   i n   s te ad y   s tate s   an d   f lo w   t h r ef er en ce   d ir ec tl y .   I n d ee d ,   th to r q u r em ai n s   q u iet  s m o o th .   T h d q   co m p o n e n t   o f   cu r r en t   is   s h o w n   i n   F ig u r 1 9 ,   it s   d -   co m p o n e n i s   a l m o s r e m ain   at  ze r o   as   co m m a n d ed   th r o u g h o u t t h g r ap h .     B u t so m d is to r tio n   ca n   b s ee n   in   t h n o n - s tab le  r eg io n s   d u to   s u d d en   in tr o d u ce   o f   f au l t a t 3   s ec .   T h is   alg o r ith m   ca n   b ac tiv at ed   in   th s y s te m   b ased   o n   t h e   t y p o f   f a u lt.  W av elet  d ec o m p o s itio n   o f   d b 1 0   w it h   t h r ee   le v els  d u r in g   s m o o t h   s w i tch i n g   o p er atio n   b et w ee n   f au lt   to   h ea l th y   m o d ca n   b s h o w n   in   Fig u r 2 0 .     T o   g et  th g a in   m ar g i n   a n d   p h ase  m ar g in ,   t h b o d p lo t o f   th m o d el  p r o ce s s   is   s h o w n   in   F ig u r 2 1 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.