Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   6 ,  Decem ber   201 9 , p p.   5095 ~ 5106   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 9 i 6 . pp5095 - 51 06           5095       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A simpli fied hyst eresis cu rrent co ntrol for  cascad ed  co n verter  fed switc hed relu ctanc e mot or       An ur adha  D e vi Tel lap at i,  Ma ll igu nta  Kiran  Kum ar   Depa rtment  o f  E le c tri c al a nd   Ele ct roni cs  Engi n eering,   Kone ru  L a kshm ai ah  Educa ti onal Foundat io n,   Indi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   N ov  17, 201 8   Re vised Jul  5,  2019   Accepte d  J ul  17, 2 019     Sim ple   constru ct ion al   f ea tur es   with  no  wind ings  on  rotor  ci rcu it   and   robustness  m ake   sw it che d  rel uc t anc e  m otor  (SRM )  a  m o st  used   m otors  in   industri al   app lic at ions.  Peak  m otor  volt age   r ating  depe nds  on  the   rat ed   volt ag e  of  th e  power  sw it che s.   In  conve n ti on al   as y m m et r ical   conve rt er   drivi ng  SR M,  volt ag e  rat ing  of  the   m otor  dep ends  on  rat in g  of  power  el e ct roni c  sw it c hes  in  conve rte r .   Dem and  to  ris e  the   m otor  rat i ng  insists  to   put  pre ss ure   on  conve rt er  sw it ch ing  components  which  result s  in  inc rea se d   sw it chi ng  losses.  A  ca sca d ed  co nver te r  topo log y  for  SR M  red uce s  the   rating  of  sw i tc hing  co m ponent s  as  compare d  to  conv ent ion al   conv erters  for  SR M.  Thi s  pape r  pr ese nts  a  c asc ad ed   conve rt er  fed   SR M  drive   with  red uced   sw it chi ng  losses .   Th e  pap er  pr e sents  a  sim pli fi e d  h y st ere sis  cu rr ent   con trol   (HCC)  for  ca sc ade d  co nver t er  fed   SR M.  Sim pli f ie d   HCC  control  m et hod   red uce s  sw it chi n g  losses  as  H C C  is  appl ie d  to  onl y   one  br idge  of  ca sca de d   conve rt er.  Thou gh  the  per form a nce   of   th e  SR M  remai ns  sam e  wi th  c asc ad ed  conve rt er  fed   SR M  with  HCC   appl i ed  to  onl y   one  bridge   or  to   two  bridge s  and  with  conven ti onal  as y m m e tri c al   conve rt er,  the   sw itching   losses  ar e   red uce d  to  a  gr ea t  extent  when   HCC  appl ie d  to  one  bridge   of  ca sca ded   conve rt er  fed   S RM.  Perform anc e  of  SR M  is  i ll ustrated  with  conve nt ional   as y m m et rical  co nver te r  f ed  SR M  and  is  compare d  to  ca sca d e d  c onver t er   while   HCC a pp lied  to  on l y   on e  br idge   and  app li ed   to  two  br idge s o f  ca sc aded   conve rt er.   Prop osed  work  is  sim ula te d  using  MA TL AB/S IM ULINK   and  result s a r e  pr ese nte d.   Ke yw or d s :   Bridg e   Ca scaded co nv erter   Hyste resis c urr ent contr ol   Sw it che d reluc ta nce  m oto r   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Anurad ha De vi Tell apati ,    Dep a rtm ent o f El ect rical  &  El ect ronics E ng i neer i ng,   Kone ru Lak shm ai ah  Ed ucati on al   Fou nd at io n,   Vaddes war am ,  G un t ur, AP  –   522502,  In dia.   Em a il : anu ra dhadev i.ee e@ gma il .co m       1.   INTROD U CTION   Sw it che d  Re lu ct ance  Mot or s   (S RM )   ha ve   inh e ren t  a dvan ta ges  s uc h  as   si m ple  structu r e  with   no n  windin g  c on st r uction  in  ro t or   side,  a nd   has  a   high  tole ran ce s,  r obus t ness,   l ow   c os t  with  no  pe rm anen t  m agn et   in  the  structu re ,  and   possi ble  op e rati on  in  hig h  te m per at ur e s  or   in  intense  tem per at ur e  va riat ion s.  T he  tor que   pro du ct io n  in   s witc hed  relu ct ance  m oto r  c om es  fr om   the  te nd e ncy  of   t he   ro t or   pole s  to  al ign   with  the  excit ed   sta tor  pole s.  W it hout  a ny  i ns ta ll at ion   of  PM  m at erial   or   windin g  on  i ts  ro t or,  th e  S R  m oto r   dri ve s  en joy    the  higher  c os t - e ff ect ive ne ss  and   wide - sp ee d  operati on   range,  as   com par ed  w it h  it s  cou nte rp a rts.   To  be  s pecific ,  unli ke  the  in du ct io n  a nd   P M  m oto r  dri ve s,  SR  m oto r  dr i ves  can  reli eve  the  m echan ic al   pro blem s caus ed by t he  ce ntr ipeta l for ces a t  high - s pee d op e rati on [1 - 5 ].   The  SR  m oto r  dr i ves  co ns ist   of   the  doubly   sal ie nt  structu re ;  it s  reluctance  of   the  m agn et ic   flux   pat h  var ie s  al ong  th e  sta tor - r otor  posit ion.  T he  t orq ue  ca n  t hen  be  pro du ce d  ba sed  on  the   ‘m ini m u m   reluct ance’  ru le ,  i.e .  the  r ot or  pole   has  the  te nd e ncy  to  al ign   with  t he  excit ed  sta tor  po le   s uc h  that  the  rel uctance  of     the m agn et ic  f lux can  b e  m ini m iz ed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5095   -   5106   5096   In   ge ner al ,  t he  la rg er   the  nu m ber   of  r otor  pol es,  the  l ow e r  t he  op e rati ng  s peed  in  the   gi ve n  op e rati ng   fr e qu e ncy.   The refor e ,  the   SR  m oto r  dri ves   w it h  a  la r ger  num ber   of  r otor  po le s ,  e. g.  the   three - phase   12/ 8 - pol e   and  the  fou r - phase  16 / 12 - po l e  struct ur es ,  ar e  m or e  pr e fer a ble  f or  lo w - s pe ed  a pp li cat io ns,  s uch  as  the   direct - dr i ve HEV  sys tem  [ 6 - 10 ].   Thr ee - ph ase   6/ 4  pole   SRM   is   show n  in  Fig ur e  1  a nd   t he  op e rati ng  pri nc iple  is  show n  in  Fig ur e  2.   To  pro du ce  a n  el ect ro m agnet ic   torque,   a   uni - pola r  rec ta ngular  a rm atu re  c urre nt  shou l d  be  in j ect ed  i n  accor da nce  with  the  sta t us   of  the  sel f - i nduc ta nce  with   co nductio n  a ng le   c  =  2  –   1.   S RM   is  dr i ven   with   conve rter  [ 11 - 13 ]   f or  phase  s witc hing  ope ra ti on .  C onve ntion al   asy m m e tric al   structur e  c onve rter  f or  S RM   is  sh ow n  in  Fi gure  3  is  rate d  hi gh   for  dri vi ng   high  po wer   SR M.  Ca scaded   S RM   top ol og y  r edu ce s  the  stre ss  on   ind ivi du al   po wer   sem ic on duct or  switc h  in - tu rn   re duci ng   the  s witc hi ng   losses .  A doptio n   of   ca scade d  conve rter  to po l og y  m et ho d  to the  m edium   vo lt age  m oto r  dri ve  by  us i ng   ca scade d  inv e rter s  (CINV)   m et ho d  is   help fu l  in  reducin g  in div id ua l  switc h  rati ngs  of  co nverte r.   CI NV   t opol og y  em plo ys  I GBT  swit ch  f or   it s  app li cat io ns  a nd th us cost  of i nv e rter is  r e duced.     This  pa per   pre sents  a  casca de d  co nverter  f ed  SRM   dri ve  with  re du ce d  s witc hing  losse s.  The  paper   pr ese nts  a  sim plifie d  hyste re sis  curre nt  co ntr ol  ( HCC)  f or   ca scade d  c onve rter  fe d  S RM .  Sim plified   HCC  con t ro l  m et ho d  reduces  switc hing  losses  as H CC   is  app li e d  to  only   one  bri dge  of  casca de d  co nverter .  T hough  the  perform ance  of  th e  SRM   r e m ai ns   sam e  with  casca de d  conve rter  fed  SRM   with   HC C  ap plied  t o  only   one   br i dg e  or   t o  tw o  bri dges  a nd   with  co nventio nal  asy m m et ri cal   conver te r ,  the  switc hi ng  losses  a re  re duced  t o    a  gr eat   exte nt  wh e n  HCC  ap plied  to  on e  bri dge  of  casca ded   c onve rter  fed   SRM .  Per f or m ance  of   S RM   i s   il lustrate d  with   conven ti onal   asym m e tric al   c onve rter  fe d  SRM   and   is  com par ed  to  casca ded   c on ve rter   wh il e   HCC  ap plied  to  only   one  bri dge  an d  a ppli ed  to  tw o  br idg es  of  casca ded   c onve rter .   Propose d  w ork  is   si m ulate d  us i ng MA TLAB/S I MULI NK an d resu lt s a re  pr es ented.             Figure  1. Th re e - P hase  6/4   SR M     Figure  2. O perat ing   pr i nciple  of SRM           Figure  3. Co nventional  asy m m et rical  stru ct ur e  con ver te r  for SRM           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       A sim plif ie d  hy ste resis curre nt  co ntr ol for  casc aded  convert er fed swit che d …  ( An ur ad ha  Devi Tell apati )   5097   2.   CASC A DED CO NV E RTER F OR SR M   Asym m et rical   conve rter  fe d  SRM   ta kes  vo l ta ge  stress  eq ua l  to  the  DC  source  feed i ng   th e  conver te r.  Each  of  the  tw o  switc hes  in  one  phase  of  as ymm et rical   co nv e rter   is  stres sed  to  volt age  le vel  equ al   to  the  DC  so urce  fee ding   the  conve rter .  This  phe nom eno n  i ns ist s  for  highe r  in su la ti on   le vel  and   c os t  inc re ases  as     a  res ult.  Also ,   high  stress   in creases  t he  s w it ching  loss   in   co nv e rter .  T hus,   resea rch  ha s  bee n  a n  i nteres t  to   reduce  st ress  a cro ss   the   po we r  s witc hes  i n  c onve rter  dr i ving  SRM .   I GBT  and  MO SFET   are  the   tw o  s w it ches  us e d  m os tl y  i n  dif fe ren t  el ect rical   conve rters  f or   dif fe ren t  a pp li cat io ns .  Gen e rall y  IG BT ’s  fi nd  their  app li cat io n  in  l ow  operati ng  f reque ncy  with   h ig h  vo lt age   a pp li cat io n  w hil e  MOSF ET  fin d  thei r  a pp li cat ion   i n  high  operati ng   fr eq ue ncy  with  low  vo lt a ge  app li cat io n.   Conve ntion al   c onve rters  f or  S RM   are  of   hi gh  rated   and n ee d hig h rate d  s witc hes   for  c onve rter  operati on  w hich  incr ease s the  s witc h  lo sses.     Propose d SR M casc ad e d  c onve rte r   Ca scaded  co nv e rter  t opol og y  c onsist s  of   one  m ai n  co n ver te r   and  au xili ary  co nv e rter .   Tw o  conve rter s  are  casca ded   and   the  out pu t  is  fed   from   co m bin ed  casca de d  struct ur e.  A s  sh own  in  Fi gure  4,    on e   phase  of  c ascade d  in ver t er  co ns ist s  of  two  H - B rid ges   casca de d  a nd   the  ou t pu t  of  the  phase  f or   ph a se  excit at ion   of  SRM   is  fed   fr om   co m bin ed   casca ded   str uctu re  topolo gy .  On ly   on e  ph a se  ex plana ti on   is   il lustrate d  as  one  phase  ope r at ion   re plica te s  the  op e r at io n  of  rem ai nin g  othe r  phases   of   SRM   as  they   are   ind e pende nt  in   operati on.   Lo ad  vo lt age   is  dep e ndent  on  the  outp ut  of  each  casca de d  co nv e rter  of  SRM .    A  casca de d  st ru ct ur al   casca ded  co nverte r  for  SRM   im presses  on ly   half  the   volt age  of  loa d  ac ro ss   pow e r   s witc h.  Th us,  i n  case  of  us in g  sam e  rated  vo lt age   s witc hi ng   de vice  wit h  the   co nventi on al   ci rcu it ,  t he   load  vo lt age  b e com es twice . Fi gur e 5   re pr ese nts  on e - ph ase  r e presentat ion o f  C ascade d  c onvert er.   Figure  6  s how s  the  operati onal   m od es  of   pro p os e d  ca sc aded  c on ver te r   f or   SRM .   T he   volt age  at   ph a se  wi nd i ng   of  SRM   in   diff e re nt  oper at ing   m od es  of  casca ded  co nv e rter  is   re presented   in  Ta ble  1 .    In   this  c onte xt ,  only   the  pha se  op e rati on  of  phase - A  is  e xp la ine d  a nd   t he  sam e  m od es  of   operati on s  are  app li cable  f or   oth e r   tw o  phas es  al so .   Th e  op erati on al   m od e s  of  casca de d  inv e rter  giv e s  out  fi ve  le vel  outp ut.   Mod e  I  as  s ho wn   i n  Fi gure  6 ( a)  giv es   out  th e  volt age  of  + Vd c .  I n  m od e  I ,  switc he s  Sa 1  –   Sa 2  –   S b1  an d  S b2  are  tur ne d  O N.  The  cu rr e nt  fl ow s  from   so urce  throu gh   t he   cur ren t  pat h  a s  sh ow n  in  Fig ur e  6 ( a )  hi gh li gh te d  path  a ddin g  th e two v oltage s ources.  In this   case al l t he dio des  as  in OFF   sta te . Mo de  II  of  ca scade d  c onve rter   op e rati on  yi el ds   ou t pu t  of   V dc /2.  I n  m od e  I I,   the  s witc hes   Sa1  –   Sa 2  an d  S b2   a re  tu rned  O N  wh il e  s witc h  Sb1  is  OF F.  C urren t  pat h  is  sh ow n  in  Fig ure  6 ( b).  This  m od e  of   op e ra ti on   does  not  involve  the  lo wer   DC  so ur ce.   Mo de  I II   is   re pr e sente d  in   F i gure  6 ( c )  a nd  only   the   uppe r  br id ge   s witc hes  Sa1  an d  Sa 2  are  O N  wh il e   oth e r  switc hes  are  inact ive.  T he  cu rr e nt   flo ws  f ro m   upper  DC  source  a nd  enter s  lo wer   DC  source  i n  opposit e   directi on cance ll ing  o ut the ne t vo lt age and  thu s t he  m od e - I II  g i ves  out zer o  outp ut v olta ge  acro ss loa d.   Mod e   IV   an d  m od e  V  op e rates  to   giv e  out  ne gati ve  vo lt age   pre sence  ac ross  l oad  an d  t he  re sp ect ive  c urre nt  pat hs   are  sho wn   i n  Figure  6 ( d)   a nd   Fig ur e  6 ( e )  res pecti vely .   By   turn i ng   ON   res pecti ve   switc hes  a nd   diode  op e rati ons, ne ga ti ve  volt age is  i m pr esse d  acr os s l oad.           Figure  4.   Ca sc aded co nverte r  f e d  SRM   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5095   -   5106   5098       Fi gure  5. O ne ph a se  re presen ta ti on  of c as ca ded co nverter             (a)   (b)   (c)         (d)         (e)     Figure  6.   Mo de s of  op e rati on  of casca ded co nv e rter       In   c onve ntion a l  asym m et rical  ty pe  of   co nv e rter  f or   SRM ,  the  vo lt age  ac ro ss  eac h  swit ch  will   be    the  eq ual  to  t ot al   vo lt age  s ou rce  val ue.   If   200V  is  a pp li e d  as  input  DC  so urce  volt age ,  each  switc h  bear s    the  vo lt age  str ess  of   20 0V   a nd   the  ins ulati on   a nd   rati ng  of   switc h  shoul d  be  pro portion al   to  volt ag e  stress  acro s s  switc h  a nd   t hus  inc reas ing   th e  str ess  a nd   c os t.  B ut  th e  casca de d  in ve rter  to polo gy  exh i bits  the  str ess  of   100V  acr os s  e ach  switc h  due   to  conver te r  topolo gy.  I n  ca scade d  co nv e rt er  topolo gy,  ha lf  the  vo lt a ge  s tress  i s   reduce d  a nd th us  t he  rati ng  of  the s witc h  a nd  ins ulati on   re duces  reducin g  t he  lo sses a nd c os t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       A sim plif ie d  hy ste resis curre nt  co ntr ol for  casc aded  convert er fed swit che d …  ( An ur ad ha  Devi Tell apati )   5099   Table  1.  M od e s   of casca de d  c onve rter  with  volt age le vels   Mod e of  Operation   Switch es ON   Vo ltag e L ev el a cro ss  load   Mod e I   Sa1 ,  Sa2 ,  Sb 1 ,  Sb 2   + Vdc   Mod e I I   Sa1 ,  Sa2 ,  Sb 2   + Vdc/2   Mod e I I I   Sa1 ,  Sa2   0   Mod e I V   Sb 1   -   Vd c/2   Mod e V   Nil   -   Vd c       3.   PROP OSE D SIMPLI FIED  C O NTR OL  OF  CA S C ADE D  C ONVE R TE R   a.   Clos ed - lo op h ys tere sis curr ent  c ontrol  f or  co n venti onal  a s ymme trical  co n ver ter   Figure  7  il lustr at es  the  cl ose d - lo op  sp ee d  c ontr ol  of  c onve ntion al   a sym metri cal   Convert er  f or  SRM .   Sp ee d  co ntr ol  is  achieve d  th rough  the  i nfor m at ion   recei ved   from   ro tor  posit ion   sig nal  rec ei ver   a nd   t he  a ct ual   sp ee d  is  al so   f ed  bac k  to  t he   input  f or   pr ec ise   sp eed  c ontrol  in  cl os ed - l oop  s pee d  co nt ro l.  Actual  spe ed  of     the roto r  is se nse d  a nd is c ompare d  t o  the  r e f eren ce  sp ee d v al ue  to  give   out t he  er ror  i n  s pe ed.   The  e rror   valu e  is  fed  to  P I  c on t ro ll er  t o  yi el d  m agn it ud e  of  the  c urre nt  sign al .   The   an gu la r  vel ocity   of  t he rot or   sen sed fr om  h al l sens or s is  u se d  t o ob ta in  curre nt  sh a pe  w he n p assed  t hro ugh r otor  po sit io n  si gn al   receiver .  Cu rr e nt  sh a pe  signa l  is  m ult ipli ed  to  cu rr e nt  m agn it ud e  sig nal  obta ined  from   PI   con t ro ll er  ou t put  to  ob ta in  ref e rence   cur re nt  si gn al .  Re fer ence  current  is  com par e d  with  the   act ual  cur re nt   fr om   sta tor  currents   and   the  er r or   sign al   is  sent  to  hyste resis  curr ent  con tr oller.  Hyste resis  curr ent  con tr oller  ( HCC)  pro duce s  gate  pu lse s  t o  al l  the  six  powe r  switc hes  in   as ymm et rical   con ve rter   t o  exc it e  the  ph as e  windin gs   of   S RM .    Cl os ed  -   l oop  s peed co ntr ol st rategy y ie lds  be tt er and precis e co ntr ol of S R M.     b.   Clos ed - lo op   c on t rol  of  c as c ad ed  c onver te r  (h ystere sis  c urrent  c ontro l  ap pli ed  t o  b ot h  upper  and   lowe r bridge s)   Figure  8  il lust rates  the  c lose d - l oop  s peed   con t ro l  of  cas caded   c onve rt er  w her e  hyste resis  cu rr e nt  con t ro l  pro du ces  gate   pulse s  to  powe r  s witc hes  of  ca scade d  c onve r te r.   T he  hyste resis  c urren t   con t ro l   gen e rates  gate  pulse s  to  al l  the  twel ve   swi tc hes  of  casca ded  co nverter .   Ca scade d  c o nverter   is  a  cas cad e d  connecti on  of  two  bri dges:   the  uppe r  bri dge  an d  the  lo wer   br id ge.   E ach  bri dge  co ns ist s  of   si x  s witc he s   form ing  Sa1 to  Sa6 up per b rid ge  a nd S b1 to Sb 6  lo we r br id ge.           F igure  7.   Cl os e d - l oop hyst eres is curre nt contr ol for co nventi on al   a sym m et r ic al  co nverte r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5095   -   5106   5100       F igure  8.   Cl os e d - l oop  c ontrol  of cascade d  c onve rter  HCC a pp li ed  to b oth t he bri dg es       Actual  spe ed  of  the  r otor  is  se ns e d  an d  is  co m par ed  to  the  r efere nce  s peed  value  to g ive o ut  the  e rro r   in  sp eed .  The  e rror   val ue  is  fed   to  PI   co ntr oller  to  yi el d  m agn it ud e  of   the  c urren t  sig nal.  The  an gula r  ve locit y  of  t he rot or   sen sed fr om  h al l sens or s is  u se d  t o ob ta in  curre nt  sh a pe  w he n p assed  t hro ugh r otor  po sit io n  si gn al   receiver .  Cu rr e nt  sh a pe  signa l  is  m ult ipli ed  to  cu rr e nt  m agn it ud e  sig n al   obta ined  from   PI   con t ro ll er  ou t put  to   ob ta in  ref e rence   cur re nt  sig na l.  Re fer ence  current  is  com par e d  with  the   act ual  cur re nt   fr om   sta tor  currents   and the e rro r  si gn al  is  sen t t o hyst eresis c urr ent contr oller  ( HCC).   The  outp ut  of   hyste resis  co ntro l  is  fe d  to  al l  the  twel ve  sw it ches  (both  up per   an d  lo wer   br i dg es )  of  casca de d  c onve rter.  With  t he   casca de d  str uc ture  of  casca de d  c onver te r,   t he  vo lt age   stre ss  acr os s  eac h  switc h  reduces  by  hal f  the  qua ntit y  wh e n  c om par ed  to  the  c onve ntion al   asy m m et rical   conver t e r.   W it h  HCC  dr i ving  al l  the  switc he s  (both   up per   br i dg e  a nd  lo wer   br i dge)  of  casca de d  c onver te r ,  al l  the  twel ve  s witc he s  ar e   tur ned - O N  a nd  OF F  m ulti ple  tim es.  W it h  thi s  ph e nom eno n  of   tu r ning  O N  and  O FF  m ultip le   tim es,  swit chi ng   losses i ncr ease s.  T his leads   to  d e velo pm ent o f  sim plifie d  H CC  f or casca de d  c onve rter.     c.   Clos ed - lo op   c on t rol  of  cas caded  c onver ter  (hyster esi s  current  c ontr ol  ap pli ed   to   onl y  up p er  bridge  alone)   Figure  9  il lust rates  the  cl os e d - l oop  s peed   con t ro l  of  cas caded   c onve rt er  w her e  hyste resis  c urre nt  con t ro l  pro duc es  gate  pu lse s  to  on ly   powe r  switc hes  of  up per   br id ge  of  c ascade d  co nv e rter.  Act ual  spe ed  of  the r ot or  is sense d  an d  is com par e d  to the ref eren ce s pee d  va lue to g ive  ou t t he  err or in sp eed.  T he  er ror val ue   is  fed  to   P I  c ontr oller  to   yi el d  m agn it ude  of  the  c urre nt  sig nal.  T he   an gula r  velocit y  of  t he  ro t or  sen sed   from   hall  sens or s   is  us e d  to  ob ta in   current  s ha pe  wh e n  passe d  t hro ugh  r otor  posit ion   si gnal   r ecei ver .  C urre nt  sh a pe  sign al   is   m ultip li ed  t o  c urrent   m agn it ud e  si gn al   obta ine d  f ro m   PI   c ontr oller  outp ut  t o  obta in  ref e rence   cu rr e nt  sign al .  Re fe re nc e  cur re nt  is  com par ed  with  t he  act ual  curre nt  from   stato r  currents  a nd   th e  err or  sig nal  is  sent  to h yst ere sis c urren t c ontr oller (HCC ) .   HCC  ge ner at e d  gate  pulse s  a re  fe d  on ly   to  uppe r  bri dge  ( six)  powe r  swi tc hes  al one  a nd  the  l ow e r   br i dg e  ( six )  po wer   s witc hes  a re  dr i ve n  by  current  s hap e  si gn al s  ob ta ine d  fr om   po sit ion   sens or .  With  r espect   to  their  s witc hi ng   ti m es,  up pe r  bri dge  (si x)  switc he s  ar e  tur ne d  O N  an d  OF F  m ulti ple  tim es  since  they   are  dr i ven  f ro m   H CC   wh il e  l ower  br id ge   (si x)  switc hes   rem ai n  co ntin uousl y  in  O N  sta te   or  OF F   sta te   over     a  per i od   of  ti m e.  This  m eth od  of   t rig geri ng   s witc hes  r edu ce s  ove rall   switc hing  lo s ses  due  to  O N  an d    OF F  con diti ons.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       A sim plif ie d  hy ste resis curre nt  co ntr ol for  casc aded  convert er fed swit che d …  ( An ur ad ha  Devi Tell apati )   5101       Figure  9.   Cl os e d - l oop  c ontrol  of cascade d  c onve rter  HCC a pp li ed  to o nly  on e  (u pp e r) bri dg e       4.   RESU LT S  AND A N ALYSIS   a.   Perfo r ma nce  analysis  of c onven tio na l  asy mmetri cal c onverter  f ed  S R M   Figure  10  sho ws  the   sta tor   c urren t,   tor que  and  sp ee d  of  a sy m m e tric al   c onve rter  fe d  S RM .  Stat or   of  SRM   dr a ws   20A   pea k  c urre nts  f r om   the  conve rter  for  th e  excit at ion  of   phase  windin gs .  To r qu e   co ntain s   rip ples. S RM   r un s  at c on sta nt 2000RPM as  s how n  in  f i gure.           Figure  10.   Per f or m ance ch a ra ct erist ic s o f a s ymm et rical  co nv e rter  fe d  SR M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5095   -   5106   5102   Figure  11  il lust rates  the   volt ag e  stress   acr os s   on e   s witc h  of  c ascade d  c onve rter,   phase   out pu t  volt age  of   casc ade d  c onve rter.   Zo om - in  view   of v olt age  stress   acr oss  switc h  a nd  phase vo lt age   is  show n.  Each  s witc h  is  subj ect e d  t o  vo l ta ge   stres s  of  20 0V  an d  t he   phase  outp ut  vo lt age   is  200V  peak.  T he  s witc hing  patte r n  with  resp ect   to  sta to r  curre nt  is  sh own  in  Fi gure  11. wh e n  the  phase  is  excit ed,   each  switc h  is  stressed  up   t o  20 0V   giv in g  ou t  pha se  vo lt age  of   200V  ( peak   va lue)  in  casca de d  c onve rter.   I n  this  case,  wh e n  SRM   is   dr iv e n   by asym m et ric al  co nve rter,  ea ch  s witc h  is  str essed u p  to  pha se volt age  valu e.           Figure  11.   V oltage ac ro s s s witc h,   phase  volt age a nd curre nts  ( to  SRM) i n  c ascade d  c onvert er       b.   Sub  sec tion  p erfo rm an ce   analysis  of  c asc ad ed   co nv er t er  fed  SRM  ( HCC  dri ving   bo t h  u pper  and  lowe r bridge s)   Figure  12  s hows  the  sta to r  current,  t orqu e  and   s pee d  of  c ascade d  co nve rter  fe d  SRM .  Stat or   of  SRM   dr a ws  20A  pe ak  cu rr e nts  f rom   the  conver te r  f or   the  e xcita ti on   of  phase   windin gs .  T orq ue  c onta ins  ri pp le s .   SRM   runs  at   const ant  20 00RPM   as  show n  in  fig ur e .  C losed - lo op  op erati on   m akes   m achine  to  r un   at     const ant s peed.           Figure  12.   Per f or m ance ch a ra ct erist ic s o f c a scade d  c onver t er f e d SRM     (H CC   dr i ving  bo t h uppe r  a nd   lowe r br i dg e s)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       A sim plif ie d  hy ste resis curre nt  co ntr ol for  casc aded  convert er fed swit che d …  ( An ur ad ha  Devi Tell apati )   5103   Figure  13  il lust rates  the   volt ag e  stress   acr os s   on e   s witc h  (up per  bri dge)   of  casca de d  c onve rter,   phase   ou t pu t  vo lt age  of   casca de d  co nv e rter.  Sw it c hing  pe rio ds   f or   resp e ct ive  phase  e xcita ti on  (phase  e xcita ti on)  is   al so   ind ic at ed   in  figure.  Volt age  stress  ac ro ss  one  switc h  (lo wer   br i dge)  of   casca de d  co nv e rter  i s  al so  ind ic at ed   in  Figure  13.  Ea ch   switc h  (both   uppe r  a nd  lo wer  bri dge)  is   sub je ct ed  to   volt ag e  stress  of  100V  a nd   the  ph a se  outp ut  vo lt ag e  is  20 0V  pea k.   When  the  phase  is   excit ed,   each  switc h  is  stres s ed  up  to  100V  giv in g  ou t  phase  vo lt a ge  of  200V  ( pe ak  value )  in  ca scade d  co nv e rter.  I n  this  case,   wh e n  SRM   is  dr i ven   by  casca ded  conve rter,  eac h  switc h  is st res sed  up  to only   half  th e  am ou nt   of  phase v olt age v al ue.  Zo om - in  view  of volt age   stress  acr os s  upp e r  br id ge  a nd  lo wer   br i dg e   switc h  is  sho wn   i n  Fig ure  14   s howi ng   vo lt age  stress  of  100V  acro s s  eac h  s witc h.   When   HCC  dri ves   both  uppe r  a nd   lowe r  s witc he s  of  c onver te r,   bo t h  uppe r  br i dg e   switc hes  an d  lowe r  br i dg e   switc hes  are  t urne d  ON  an d  OF F   m ulti ple  tim es   per   cy cl e.  This  i nc reases     the sw it chi ng  l os ses in c onve r te r.  Tho ugh vol ta ge  stress is r edu ce d,   switc hi ng  lo sses inc r eases d ue  to m ulti ple   tur n ON   an d O FF’ s .           Figure  13.   V oltage ac ro s s  uppe r  s witc h,   phas e volt age, cu rrents (t o  SRM ) a nd volt age    acro s s   lo wer s witc h  in  casca ded co nverter           Figure  14.   Z oo m - in v ie w of   volt age stre ss ac ro ss  up per b rid ge  a nd lo wer b rid ge  s witc h       c.   Perfo r ma nce  analysis  of c asc ad ed  conver t er fed  S RM ( HCC dri ving  on ly  upper  br idge)   Figure  15  s hows  the  sta to r  current,  t orqu e  and   s pee d  of  c ascade d  co nve rter  fe d  SRM .  Stat or   of  SRM   dr a ws  20A  pe ak  cu rr e nts  f rom   the  conver te r  f or   the  e xcita ti on   of  phase   windin gs .  T orqu e  c onta ins  ri pp le s .   SRM   runs  at   const ant  20 00RPM   as  show n  in  fig ur e .  C lo sed - lo op  op erati on   m akes   m achine  to  r un   at     const ant s peed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   6 ,  Dece m ber   201 9   :   5095   -   5106   5104       Figure  15.   Per f or m ance ch a ra ct erist ic s o f c a scade d  c onver t er f e d SRM  (H CC  d ri ving  on l y uppe r br id ge )       Figure  16  il lust rates  the   volt ag e  stress   acr os s   on e   s witc h  (up per  bri dge)   of  casca de d  c onv erter,   phase   ou t pu t  vo lt age  of  casca de d  co nv e rter. Swit ch ing   per io ds   for  r especti ve p ha se excit at ion  ( s ta tor  cu rr e nt)  i s also   ind ic at ed  i n  fig ur e .  V oltage   stress  ac ro s s  on e   switc h  (lo we r  br i dg e )  of  casc aded  co nverter   is  al so   i nd ic at ed  i n  Figure  16.  Eac h  sw it ch  ( both   upper   an d  lo wer   bri dge )  is  su bject e d  to  volt age  stress  of  100V  an d  th e  ph ase   ou t pu t  volt age  is  200V  peak.  Wh e n  t he  phas e  is  excit ed,  ea ch  s witc h  is  str essed  up  to  10 0V   gi ving  out  ph a se  vo lt age o f  20 0V  (p ea k  val ue)  in  casca ded   co nv e rter.  In   this  case,  wh e n  SR M  is  dr iven  by   casca ded   c onve rter,   each s witc h  is  stressed  up t o on ly   half  t he  a m ou nt of  ph as e volt age  value .   Zo om - in  view  of   vo lt age  st re ss  acro s s  uppe r  br i dge  an d  lo wer   br id ge  s witc h  is  sh ow n  in  Fig ur e  17   sh owin g  volt age  stress  of  100V  acr os s  ea ch  switc h.   When  HCC  dr i ve s  on ly   upper   s witc hes  of  conver te r ,   m ul ti ple  tur n  ON  an d  O FF  pe r  cy cl e  are  o bse rv e d  in only  u ppe r  s witc h  w hile  lo wer  swit ch  c onti nuously   tur ns  ON   or   OF F  w hich  is  cl early   ind ic at ed  in  Figure  17.  T hi s  ph e nom eno n  decr eases  t he   swi tc hing  los ses  in  conve rter  wh e n  c om par ed  t o HCC  drivi ng both b rid ges.   Th ough  the  pe rfor m ance  ch aracte risti cs  rem ai ns   sa m e  in  com par ing   as ymm et rical   an d  casca de d  conve rter  (in  two  m od es) ,  switc hing  losse s  (turn  O N  an d  OF F )  are  re du ce d  in  case   wh e n  HCC  dri ve s    on ly   uppe r  s witc hes  of  c onve rter.  Fi gure  18  il lustrate s  diff e ren ce   of   analy sis   with  casca de d  an d    conve ntion al   c onve rter  in  ba r  represe ntati on.  B ar  re prese ntati on   of   s witc hing  (T urn  O N  &  O FF)   lo s ses  is  sh ow n  in  Fi gur e 19.           Figure  16.   V oltage ac ro s s  uppe r  s witc h,   p has e volt age, cu rrents (t o  SRM )   and volt age  acr os s l ow e r  s witc h  in  casca ded  conve rter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.