Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  6, N o . 1 ,  Mar c h  20 15 pp . 12 1 ~ 12 I S SN : 208 8-8 6 9 4           1 21     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Selection of Power Semiconductor  Switches in M.H.B.R.I. Fitted  Induction Heater for Less Harm onic Injection in Power Line      Pradip  Kum a r Sadhu *,  Pal a sh  Pal * *,  Nitai P a l*,  S o uris h S a n yal ***  * Electr i cal  Engineering  Depar t ment, Indian Scho ol of Mi n e s (und er MHRD, Govt. of India), Dhan bad - 82600 4, In dia   **   Departmen t  o f  Electr i cal  Engineering ,   Saro j M ohan Institute of  Techno log y  (D egree  Engin eerin g Divison), a Un it of   Techno  India Gr oup, Guptip ara,  Hooghly - 71251 2, India  *** Departmen t   of Electron i cs  an d Communicatio n Engi n eering ,   Academ y  of  Technolog y ,  Hooghly ,  India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  J u n 29, 2014  Rev i sed  D ec 14 , 20 14  Accepte d Ja 2, 2015      Thi s  pa pe r   presents a n   a ppr o a ch  t o   m i n i mi z e   t h e   ha r m o n ic co n t a i ne d   in  in put   c u r r e n t   o f   si n g l e  ph a s e  Modified  Half  B r idg e   R e s o n a n t   I n v e r t e r   (M.H.B.R.I .) f itted i nduction h e ating equ i pment.  A switch  lik I G B T G T O   and  MOSFET  a r e  use d   f o r   t h is pur po se .   It  i s   analy z ed  t h e   h a r m o n ics or   n o i se   c o n t e n t  i n  t h e   sinu so id a l   input   c u r r e nt   o f   this inver t er.  F o u r i e r   Tra n sfo r m ha s   b een u s e d   to   d i stin guish b e tw e e n th e   fu n d a m en ta l  a n th e   ha r m o n ic s,  a s  it  is a  bet t e r   i n v e s t ig a t i v e   t o o l  f o a n  unkno w n   si g n a l  in  t h e   freq u e n c y   d o m a i n An extensive  method for the s e lection of  differ e nt  pow er   semiconductor  sw itch e s for M o d i f i ed   H a lf   B r idg e   R e s o n a n t   i n v e rter  f e d   induc tion   he ate r   is  pr e s e n te d.  He ating   c o il  of  the   induc tion  he ate r  is made  of   litz   w i re   w h i c reduces  the  skin e ffe c t  and proxim ity   e f f e c t  a t  high  ope r a ting   fr e quency .   With  the   c a lc ulate d  optimum value s  of   i n pu t   c u r r e n t   of  the  s y s t em   at a p a rticu l ar op era t in g freq u e n c y,  t h m o d i f i e d   h a l f   b r i d g e   r e s o n a n t   inverter t o po l o gy   h a be e n   si mul a t e d  usi n g   P- SI so f t w a r e From  t h i s   propose d  a n a l y s i s   t h e  se l e ct i on of  s u itable   pow e r   s e m i c o nduc tor   sw itc he s like   IGBT,  GTO  and  MOSFE T   are  made. Wavefor m s have been   show n to justif the feas ibi lit for real  im ple m entati on of si ngle  p h a s e   Modified  Half  B r idg e  R e s o n a n t   inve r t e r   fe d  induc tion  he ate r  in  d o m e s t i c   a p p l ic a t i o n s  a s   we l l   a s  industr ial applic ations. Keyword:  Ed dy  cu rre nt   Induction heat er  M o d i f i e d  h a l f  bri dge   res o nan t   In verte r    THD    Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Pra d ip Kum a Sadhu,   Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  Engi neeri n g ,   In di an  Sc ho ol   of  M i nes  (u n d e r  M H R D G ovt . o f   In di a) ,   D h anb a d - 8260 04 , Ind i a.  Em a il: p r ad ip_sadh u @yaho o .co . in       1.   INTRODUCTION   In d u ct i on  heat er fo r i n dust r i a l  appl i cat i ons [ 2 ]  ope rat e at   a hi gh   f r eq ue ncy  [4] ,  [ 7 ]   ra nge   f r om  1  kH z   t o   1 0 0   k H z.  I n  t h e ap pl i cat i on of l o fre que ncy   i n du ct i on  heat i ng  t h t e m p erat ure   d i s t r i b u t i o n   can  b e   cont r o l l e d by   sl owl y  va ry i n m a gnet i c  fi el ds bel o w a  fr eque ncy   [ 6 ]   as  l o w   as   3 0 0   Hz.   F o r   m e di um   f r e q u e n c y   ap p licat io n ,  an  au x iliary  v o ltag e -fed  in v e rter   is  o p e r a t e d  in  p a rallel   with   th e   m a in   cu rren t -fed   i nve r t e r , s i nc t h c u r r e nt - fe paral l e l   i n v e rt ers [3]   al o n e w h e n   use d   f o i n d u ct i o n  he a t i ng, f a i l   t o   s t a r t .   A   h i gh  fr eq u e n c modi fi ed  hal f   bri dge  i n ver t er s [1 ], [5 ] fo r   indu ctio heatin g   a n d  m e l tin g  app lication s  ar s e l f - s t a r t ed .   Fo r   s e l f - c o m m u t a tio n ,   a   r e so n a n t   c i r c u i t   is   es s e n tial fo r SC R fitted  in v e rter[8 ]-[9 ], [11 ] .   I t   is   assum e d t h at  t h e ci rcui t  i s  u nde r dam p ed;   m a ndat o ry   c o ndi t i on  for t h e ci rcui t .  T h capaci t o requi r ed  for   un de r dam p i ng can  be c o nn ect ed i n  seri es  or i n  pa ral l e l   w i t h   t h l o a d   [ 3 ]   i n   t h m ode r n   t i m e s ,   I G B T s   [ 1 ] ,   [8] ,   GT Os  a n d MOSFETs  are  pre f erred  to  SCRs  m a inly  because  they offe c o nve n ient turn OFF  characte r istic s .  Som e  a uxi lia ry c i rc ui t s   a n equi pm ent  are re qui r e d  t o   m i nim i ze swi t c hi ng l o sses   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 6 ,  No . 1 ,   Mar c h  2 015    12 –  12 12 2 occu rri ng  at   hi gh  fre q u enci e s   [2] .   W i t h   t h e   sam e   desi gne param e t e rs of t h e sai d  i n vert er  ci rc ui t ,   vari o u s   swi t c hes  s u ch  as IGB T GT O  and M O SFE T   ha ve  been   u s ed  [1 0] .   The requirem ents of  i n duc tion  heater a r e as   follows:   a)   Swi t c hi n g  i n   hi gh  f r eq ue ncy  r a nge   b)   High e fficienc y   c)   Power  factor cl ose t o   unity   d)   W i de p o we r ra nge   an d   e)   Reliab ilit   Induction heat ers a r usuall y desi gne d  to operate  with  a vessel m a de  from  a speci fic m a terial,   mainly cast ir on  or fe rro-m a gnetic stainles s steel. The  follo wing  is th erefore d e sire ch aracteristics fo r t h i nve rt er,   a)   No  react i v e  co m ponent ot he r t h a n  t h heat i n g  coi l  a n d  t h e  n o n - sm oot fi l t e r i n d u ct o r ,   b)   No  i n put   o r  m a t c hi ng  t r a n sf or m e r,   c)   5 0 d u t y ratio, sim p lifyin g  the con t ro l and   gate circu its,   d)   C l am ped swi t c vol t a ge  an d  o r  c u r r ent ,   e)   The use o f  unc ont rol l e d   v o l t a ge  s o urce.   Here  th co m p lete   in v e r t e r  co n f ig u r a tio n  h a s  b e e n  s i m u lated  u s in g  P- SIM.  I n   th is   p r es e n t   p a p e r ,   r e spon se  o f   har m o n i c in j ectio n  in  inpu t p o w e r  lin e of  modi fi ed  hal f  b r i dge  re s o n a n t  i n v e r t er  i s   t e st ed   veri fi ed  wi t h   di ffe rent   po we swi t c hes  a n d   fi nal l y   ap pr o p ri a t e n ess  of  t h e s w i t c hes i s  co nfi r m e d.      2.   AN ALY S IS  O F  PR OPO S ED  MO DIFIE D  H A LF B R I D GE  RESO N ANT  IN VER TER  Pro p o se d m o d i fi ed  hal f   bri d ge ci rc ui t  i s   n o rm al l y  used f o r  hi ghe po w e out put .  B a s i c ci rcui t  i s   sho w n i n  t h e Fi gu re 1. F o ur  sol i d  st at e swi t c hes are use d  an d t w o s w i t c hes are t r i g g e red si m u l t a neousl y .     An ti-p a rallel dio d e s are con n ected  with th e switch  t h at a llo ws t h e cu rren t to   flow wh en  th e m a in  switch  is  tu rn ed  OFF.   A ccor d i n g t o  Fi g u re  1, w h e n  t h ere i s  no si gnal  at  Q 1  and Q 2 , capacitors C 1  a nd C 2  are c h arged t o   a v o ltage of  V i  /2 each. The  Gate pulse appears at the  ga te of  Q1 to turn  IGBT  ON. Ca pacitor C 1  di sc har g es   th ro ugh  th path  NOPTN.  At  the sam e  tim e capacitor  C 2  charges through the  path MNOPTSYM. The   di scha rgi ng c u rre nt  of C 1  and the chargi ng c u rrent of C 2  si m u l t an eo usly flo w  fro m  P to   T. In  th e n e x t  slit o f   th e g a te pu lse,  Q a nd Q remain OFF and the capacitors c h arge to a  voltage V i  /2 eac h a g ain. T h Gate pulse   appea r s at the  gate of Q 2,  so   tu rn ing  on   Q 2 . The ca pacitor C 2  d i sch a rg es th ro ugh  th path  TPQST and  th charging pat h  for ca pacitor C 1  i s  M N TPQS Y M . The di sc har g i n g cu rre nt  of  C 2  and t h e cha r gi ng c u r r ent  o f  C 1   sim u l t a neousl y  fl o w   fr om  T t o  P .           Fi gu re  1.  Pr o p o se d m odi fi ed  hal f   bri dge  res ona nt  i n ve rt er       Fi gure 2 i n di cat es a speci al ly desi gne d eddy curr en t h e at ed   m e tal lic  p ack ag e wh ich  is tig h tly   i n t e g r a t ed  i n to  t h e n   o n -  m e ta llic  v e ssel  o r  t a n k  in  th p i p e   lin e.  Th m e ch an ically  p r o c e s s e d  th i n  s t a i n l e s s - st eel  l a y e r package  wi t h  m a ny  sp ot s an d  fl ui d cha n nel s  fo r cy l i ndri cal  i nduct i o n- heat ed assem b l y  i s   dem onst r at ed i n  Fi gu re  3.   W h en t h e fl ui d fl o w s t h r o u gh t h e i n here n t  packa g e i n  t h e v e ssel  o r  t a nk  ha vi n g  a  wo rki ng  coi l   connect ed t o   pi pel i n e, t h e t u rbul ent fl ui i s  heat ed ab r u pt l y  by  eddy   cur r ent  l o s s es  gene rat e d i n si de t h s t a i n l es s - s t e e l  p a c k ag e .  In te rn a l  stru ctur e  of  th is   m e ta llic  p ack a g e  to   be  h eated  b y  e d d y  cu rr en t los s e s  is   i ndi cat ed i n  Fi gu re  3.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       S e lectio n o f  Power S e m i con ducto S w itch e s i n  M.H . B. R.I .  Fitted  I ndu ctio H e a t er… (Prad i p  K u m a r Sadh u )   12 3       Fi gu re  2.  Heat i n g  pac k a g e i n  t h vessel  a n d  t a nk   Fi gu re  3.  I n t e r n al  st r u ct u r of  fl ui d t h ro u g h   m e t a l   l a y e r pac k i n g t o   gene rat e  t u r b ul ence  fl o w       3.   CIR C U IT EQ UATI O N S   3. 1.   Instan taneous  Curre nt i 0   W i t h  indu ctiv e lo ad th e equ a tio n of i n stan taneo u s cu rren t i 0  can be obt ai ne as:     0 22 1 , 3 , 5 , ... 2 () s i n ( ) () i n n V it n t nR n L        Here 22 () n ZR n L  is th e i m p e d a n ce offered  b y  th e lo ad  to  th e n th  harm oni c com pone nt 2 i V n is th peak am plitude of  n th  ha rm oni c v o l t a ge,  an d:     1 ta n n nL R        3. 2.   Output P o wer  The  output power at  f u n d am ent a l  fre q u e n c y  (n= 1 )  i s   gi ve by :     2 11 1 1 1 .. c o s . r m s r ms rms r ms PE I I R    Whe r e,   1 rm s E =R M S  val u o f  f u nda m e nt al  out put   vol t a ge .     1 rm s I =R M S  val u e  o f  f u ndam e nt al  out put  c u rre nt .     1 1 ta n L R        Bu t,    1 22 2 2. . ( ) rm s i V I RL    2 2 11 22 2 .. .2 . ( ) rm s r m s i V PI R R RL         22 22 2 2 22 2 2 4. 2. 2( ) ( ) ii VR V R RL RL            In  hi gh  f r eq ue ncy  h eat i n g  ap pl i cat i on t h f u n d am ent a l  po wer  i s  m o re i m port a nt , t h e   out put  p o w e r   due  t o   fu n d am ent a l  cur r e n t  i s  ge neral l y  t h usef ul   po wer  a nd t h po we r d u e t o   ha rm oni c cur r e n t  i s  di ss i p at ed   as heat.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 6 ,  No . 1 ,   Mar c h  2 015    12 –  12 12 4 4.   THE HARMONIC  CONT ENT  T h e i n p u t   c u r r e n t  w a ve f o r m s  o f   a n  id ea l   inve r t e r  sh o u ld   b e   si n u so id a l .   B u t,  i n   p r act i ce, t h e   inp u t   cu rr en t w a v e f o r m s are n o n - s i n u s o i d al.   I t   co nt a i n s  har m o n ics .   T h e   e x iste nc e  o f   har m o n ic s   is   vis u a liz e d   e i t h e r   i n   t h e   ti m e -d o m a i n   o r   in   t h e   f r eq ue n c y  d o m a i n   e a s il y.   T h e  a v a ila b ilit y  o f   h i gh s p ee d   p o w e r   se m i c o nd u c to r  d e vice s  ha s   e n ab led   u s   to   r e d u ce  t h e   har m o n ic  c o n t e n ts   i n  t h e  i n p u t   v o lta ge   sig n i f ic a n tl y   b y   s w i t c h in g  tec hni q u e s   [6 ].  T o ta l  H a r m o n ic   Di s t o r t i o n (T HD)  i s  a  m e as ure  of t h cl o s en es s   of  a   wa v e fo r m   wi t h   i t s   f u n d a m e n t a l  c o m p o n e n t .  T h e  t a s k   of  t h e d e s i g n   e n g i n eer i s   t o   re du ce  T H D.  It  i s   acco m p li s h ed b y   an LC L o w   P a ss  f ilter   ( L P F )  a s   w e l l   a s   u s in g  m o st su it ab le h i gh  f r e q u e n c sem i cond uct o r  swi t c h.   LPF  a p p e n d   at   t h e   inpu pow er  supp ly  t e r m i n a l   o f   M o di fi e d   Hal f  B r i dge R e so nant   In vert e r  f o r i n d u ct i o n  heat i n g   equi pm ent .  It   p r ov i d es   l o w   h a r m o n i c   im pe da n c e  t o   g r o u n d   4. 1.   An al yti c al  T o ol s   T h q u al i t y   o f   in pu cur r en t   o f   a   M o di fi ed Hal f  B r i d g e  R e sona nt  I n vert er  i s   ob t a i n ed  b y  Fa st   Fo u r ie r s  a n a l y s is.   I t  i s  a   p o w e r f u l   m a t h e m a tic a l  to o l   w h ic h   sep a r a te s  o u t   t h e   fun d a m e n ta l  a n d   t h e   ha r m o n ic s.  Fo ur ie r s  tr a n s f o r m s  a l lo w s   u s   to   p e ep  into   t h e  f r e q u e n c y  do m a in  rep r esen tatio o f  t h wavef o r m .     4. 1. 1.   T o t a l  Har m on i c   D i s t or t i on   ( T HD )   It i s  a  m eas u r e   of  d i s t o r t i o o f  a  w a v e f o r m It i s   g i v e b y   t h f o l l o w i n g   e x pres s i on   2 .. 2, 3 1. . .. nr m s n rm s I TH D I            ( 1 )     I t    is    the    r a tio    o f     the    RM S    va lue    o f    all    no n-fu n d a m e n ta l   fr eq ue nc y   c o m p o n e n t s   to   the   RM va l u e   o f   the   f u n d a m e n ta l.  O u r  a i i s   to   re d u c e   to   a   m i ni m u m .  Fo r  a   r e c t a n g u la r  w a ve :   T h e va lue  i s   ver y   la r g e .  In   q u a s i - r e c t a n g u la f o rm ,   the   va l u e  is   r e la ti ve l y  l e ss.   T.H . D C a l c ul at i on  fr om  Soft w a re Si m u l a t i on:   a )   T . H. C a l c u l at i o n o f  M odi fi ed  Hal f  Bri d g e   R e s ona nt   In ve rt er  u s i n g   M O S F E T .   The   R. M . V a lu e  o f  I n put   C u r r e n t ,   4 2.21 I A   2 .. 2, 3 1. . 22 22 22 1 2 .. ( 1 .1 6 1 0 ) ( 1 .0 7 1 0 ) ( 4 .6 3 1 0 ) ( 1 .0 6 1 0 ) 3. 13 3. 73% nr m s n rm s I TH D I A        T . H. C a l c u l at i o o f   M odi f i ed Hal f   B r i d g e  R e so nant  I nve rt er u s i n g   G T O .   T h e R . M . Val u of  In pu t Cu rren t ,   4 4.08 I A   2 .. 2, 3 1. . 22 2 2 22 .. ( 8 . 9 5 1 0) ( 2 . 5 6 1 0) ( 5 . 9 5 1 0) 4. 08 2. 7% nr m s n rm s I TH D I A       T . H. C a l c u l at i o o f   M o di fi ed  Hal f   B r i d g e  Seri es R e s ona nt  I n vert er   u s i n g   I G B T .   The R . M . S   V a lu e  o f  I n put   C u r r e n t ,   4 4.097 I A Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       S e lectio n o f  Power S e m i con ducto S w itch e s i n  M.H . B. R.I. Fitted  Indu ctio H e a t er… (Prad i p  K u m a r Sadh u )   12 5 2 .. 2, 3 1. . 22 22 3 2 22 .. ( 2 .3 8 1 0 ) ( 2 .8 1 1 0 ) (7 .5 7 1 0 ) (7 . 7 6 1 0 ) 4. 0 9 7 2. 1% nr m s n rm s I TH D I A        4. 1. 2.   Fas t  F o uri er  T r ansf orm  (F FT Anal ysi s :   A Fast Fo urier Transfo r m  (FFT) is an  al gorith m  to  co m pute the disc rete Fourier t r ans f orm  (DFT a n d   i t s   i n v e r s e.   I t  is  a   li ne a r  a l go r ith m t h a t   c a n   tr a n s f o r a   ti m e   d o ma i n   si gna l   i n to   it s   fr eq u e nc y   d o m a i n   e q uiva le nt   an d b a c k An FFT is a way  to com pute the sa m e  result  m o re quickly . FFTs are of great   im port a nce t o   a wi de  vari et y  of a p pl i cat i o n s , f r om  di gi t a l  si gnal   pr ocess i ng a n d  sol v i n g pa rt i a l  di ffe r e nt i a l   eq u a tion s  t o   alg o rith m s  fo r q u i ck  m u ltip licatio n  o f  larg e in teg e rs.  A b e t t e r  u n d e r s t a n d i n g  o f  a n   unkn own  s i g n a l   i s   o b t a i n e d   i n   t h e   f r e q u e n c y   d o m a i n .  P e a k  n o i s e  i n  t h e  i n p u t  c u r r e n t  o f  M o d i f i e d  H a l f   B r i dge R e s o n a nt  In vert e r  usi ng M O SFE T,  GTO a n d IGB T  wi t h  LPF fi l t er i s  det e rm i n ed by  FFT a n a l y s i s The m a gni t u de s o f   peak  n o i s e s  are  gi ve n i n  t h fol l o wi n g  T a bl e 1 .       Tabl e 1. N o i s e resp o n se of   di f f ere n t   p o w er   s e m i cond uct o s w i t c hes   Noise  Signal  Magnit ude of  Peak   Noise Current of  Modif i ed H a lf  Bridge Resonant  Inverter   MO SFET  G T IG BT  1 st  Noise   2 1.16 10   2 8.95 10   2 2.38 10   2 nd  Noise   2 1.07 10   2 2.56 10   2 2.81 10   3 rd  Noise   2 4.63 10   2 5.95 10   3 7.57 10   4 th  Noise   1 1.06 10   __   2 7.76 10       4. 1. 3.   LC-Low Pas s  Filter  An L-C  low  p a ss filter  (LPF)  allo ws  wav e o f  lower frequen c y to p a ss  ou t m o re easily  co m p ared  t o   t h e wa ves o f   h i ghe r f r eq ue nc y .   W h i l e  casca ded  wi t h  a n  i n vert er , i t  i s  des i gne d f o r s u c h  a cut - of f fre q u ency   that  the higher harm onics face   m o re  im pedan ce an get  re d u ced i n  m a gni t u de.       5.   SIMULATION AND RESULTS  In t h i s   pa per, t h e p r o p o se d m odi fi ed  hal f  b r i dge r e so na nt  i nve rt er  has be en si m u l a t e d usi ng P - S I M   wi t h  t h hel p  o f  eq ui val e nt  pa ram e t e rs conn e c t e d at  t h e inpu t of th e i n du ctio n   h eated  syste m . Here from   th is  t o p o l o gy  t h e   wave f o rm s ha ve  been   obt ai ned  u s i n g P - S I M  s o ft wa re  u s i n g  di f f ere n t   po we r sem i cond uct o swi t c hes u s i n g  IGB T , G T O a nd M O SFET  f r om   m odi fi ed hal f  b r i d ge res ona nt  i nve rt er  ci rcui t  and  har m oni cs  can be  o b t a i n e d F i g u r s h o w the  s i m u l a t i o n   d i a g r a m   o f   m o di fi ed hal f  b r i dge res o n a nt   i nve rt er   circu it u s ing  MOSFET  with Lo w p a ss filter. Fi g u re  5   sho w t h P o w e r   s i m u l a t e d   w a ve -fo r m   o f   t h i n p u t   cu rre nt  of t h e  m odi fi e d   hal f   bri dge  r e so nant  i nve rt er u s i n g   M O S F E T   S w i t c h .  Fi g u re  6  s h o w s t h e   F F T   wa ve fo rm  of i n p u t  c u r r e n t  usi ng M O S F ET s w i t c h.  I t   m a y   b e  n o t e t h at   t h e  ha r m o n i c s are  d o m i na nt   u s i n g   M O S F E T   s w i t c h .  F i g u re  7 s h o w s the ci r c ui t  c o n f i gurat i on  for  t h e m odi fi ed   hal f   b r i d ge  re son a nt   i nve rt er usi n g  GTO. F i g u r e  8 s h o w the   w a v e - f o r m   o f   t h i n p u t   c u r r ent   f o r  t h e   m odi fi ed hal f  bri d ge   reso na nt in vert er  with  G T O   S w i t c h .  Fig u r e 9  s h o w s t h e   F F T  for t h e s a m e . It  m a b e   n o t e d t h at  h e re also  t h ha r m o n i c s are  do m i na nt . F i gu re  10  show s t h e ci rcui t  co nfi g u r at i o f o r  t h e m odi fi ed  hal f   bri d ge  res ona n t   i nve rt er  usi n g   IGB T . F i g u r e   11  s h o w the  w a ve-f or m   o f   t h i n p u t   c u r r e nt  f o r  t h e   pr op ose d  i nve rt e r   usi n I G B T   S w i t c h e s .  Figure  12  s how s t h e  FFT   fo t h e s a m e Here also the  ha r m o n i c s are  dom i n a n t .    I t  is  o b s er ved  t h a t   fro m   t h e   p o w e r   s i m u l a t e d   w a ve - s hap e s   an d   math e m atica l   an al ysis  t h e   n o ise  in   t h e   i n p u t   c u r r e nt   is   m u c h   le ss   a f te r   usi n g   t h e   IGB T  s w i t c hes fro m  the pro posed t o pol ogy It i s  exp o se f r o m   t h FFT   t h at  t h h a r m o n i c  co n t en t s   are  al m o s t   ab s e n t  i n  I G B T  s w i t c h us i n P - S I M   s o f t w a r e  apart  from  o t her p o w e r   s e m i c o n d u c t o r   s w i t c h e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 6 ,  No . 1 ,   Mar c h  2 015    12 –  12 12 6     Fig u re  4 .  Mod i fied   Half B r idge Reson a n t   In verter circu it usin g MOSFET  with  LPF  filter            Fi gu re  5.  I n p u t   cur r en t   wave f o rm  of M o di fi ed  Hal f   B r i dge  R e so na nt  I n vert er  usi n g M O SFET  wi t h  LP filter  Fi g u re  6.  F F of   i n p u t   cu r r en t  of  t h e M odi fi ed  Hal f   B r i dge  R e so na nt  I n vert er  usi n g M O SFET  wi t h  LP filter          Fi gu re 7.   Mod i fied   Half B r idge Reson a n t   In verter circu it usin g GTO  with  LPF  filter            Fi gu re  8.  I n p u t   cur r en t   wave f o rm  of M o di fi ed  Hal f   Brid g e  Reson a n t  Inv e rter u s i n g   GTO wit h  LPF filter   F i gu re  9.   FFT   of  in p u t   cu r r en t  of  t h e M odi fi ed  Hal f   Brid g e  Reson a n t  Inv e rter u s i n g   GTO wit h  LPF filter           Fig u re  10 . M o d i fied Half Bri d g e  Reson a n t   In v e rter ci rcu it  u s ing   IGBT wi th  LPF filter  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       S e lectio n o f  Power S e m i con ducto S w itch e s i n  M.H . B. R.I. Fitted  Indu ctio H e a t er… (Prad i p  K u m a r Sadh u )   12 7       Figu re 1 1 . I n p u cur r en t wav e fo rm   of  M o di fied Half  Brid g e  Reson a n t  Inv e rter  u s i n g   IGBT with LPF filter  Fi g u r e   12 FFT  o f   i n put   cu r r e n t  o f  t h e M o di f i ed Hal f   Brid g e  Reson a n t  Inv e rter  u s i n g   IGBT with LPF filter      6.   LABORATORY TEST BENCH        Fi g u r e   13 . P h o t og rap h   of  E x p e ri m e nt al  Set - up       7.   CO NCL USI O N   Hence fr om  t h e pro pose d  t o pol o g y  i t  can be concl u de t h at  t h e d i f f e r e n t   f a m i l i e s   o f   p o w e r   sem i conduct o s w i t c h e s   l i k e  G T O ,  I G B T   a n d   M O S F E T   a r e   t e s t e d   i n   m o d i f i e d  h a l f  b r i d g e  r e s o n a n t   i n v e r t e r   fitted   i n du ctio n   h eater.  T o  g e t   mi n i mu h a r m o n i c s  i n j e c t i o n  i n   t h e   s u p p l y  a n d  to   improve th e f f i c i e n c y   o f   t h e   i n v e r t e r  t h e  p r o p o s e d s c he m e  can  be  em pl oy e d  i n   hi g h   fr e q ue n c y  i n d u ct i o he at i n g sy st e m .   A f t e r   com p aring the  wa ve-form s  analysis  of PSIM si m u latio n ,  it is qu ite obv iou s  t h at th e selectio n   of  p o wer  semico n d u c tor lik ely IGBT will b e   m o re su itab l e po we semico n d u c tor switch  in  h i gh  frequ e n c mo d i fied   hal f  b r i d ge r e son a nt  i n vert e r . It   has ad va nt age o u s  f o r e duce d   harm oni c i n ject i on i n  p o w er s u pp l y  of  i n d u c t i o n  h e a t e r .   A g a i n  T H D  a n a l y s i s  i s  p r o v e n  t h a t  s e l e c t i o n  o f  I G B T  se m i conduct o r   swi t ch  i s  t h e  b e s t   for indu ctio n heatin g  ap p licatio n s .       ACKNOWLE DGE M ENTS   Aut h o r s a r e t h ank f ul  t o  t h UN IV ER SIT Y  GR A N T S  C O M M I SS I O N ,  B a ha du rsh a Zafar  M a r g ,   New  Delh i,  Ind i a fo g r an ting  fi n a n c ial su pp ort und er  Maj o r Research  Proj ect en titled   “Si m u l atio n  of h i gh - fre que ncy  m i rror i nve rt er  fo ener gy  ef fi ci en t  i ndu ct i on  hea t ed co o k i n g o v e n” a nd al s o   g r at eful  t o  t h Un de Secretary a n d J o int Sec r etary  of UGC,  India for  thei active co-operation.      REFERE NC ES    [1]   V Este ve ,  E Sa nc his-Kilde r s,  J Jorda n ,  EJ De de ,   C Ca se s,   E Ma se t,  JB Ejea ,  A Fe rre re s .  Improving the efficien cy o f   IGBT series-r esonant  inverters  u s ing pulse d e nsity  modulation .   I E EE Trans. Ind . Electron.  2011; 58 (3): 979–987.  [2]   J Acero, JM Burdio, LA B a rrag a n, D Navarro , R  Alonso, J  Ramon, F Monterde,  P Herna ndez, S  Lloren te, I Gard e.  Dom e stic induc t i on app lian ces:   An overview  of  recen t r e sear ch.  IEEE Ind. Appl.  Mag.  2010; 16(2 ) : 39–47.  [3]   S Okudaira, K  Matsuse. Adjustable fr equen c y  quasi-resonant inverter cir c u its  having short-cir c uitswitch  across  resonant cap acitor.  IEEE Transactions on  Power   Ele c tronics.  200 8; 23(4): 1830–1 838.  [4]   S Johnson, R Zane. Custom spectr a l shap ing f o r EMI  reductio n in high fr equ e ncy   inv e rters and ballasts.  IEEE   T r ans. Power El ectron . 2005; 20 : 1499–1505.  [5]   JM Burdio, F M onterde, JR Gar c ia, LA  Barrag a n, A Martin ez.  A two-output series res onan t  inv e rter  for  induction- heating cook ing  appliances.  IEEE Transactions  on Power  Electr onics.  2005 ; 20 815-822.  [6]   S  Llor ente, F   M onter de, J M   B u r d io,   J   A cer o.  A c o m par a tive s t udy   of  resonant in verter topolog ies us ed  in induction  cooker .  I EEE   Applied   Power  E l ectr onics  Conf . ( A PEC). 2002; 1 168- 1174.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISSN 2 088 -86 94  IJPED S    Vo l. 6 ,  No . 1 ,   March  2 015    12 –  12 12 8 [7]   K Itoh,  Y Moriu r a,  T Satoh,  K A r imatsu,  N  Nakay a ma,  K Kimoto ,  T Doizaki,  K Dojoh.   9000kW-1 500 Hz frequency  converter for ho t bar heater . Fo urth Power Con v ersion Confer ence-NAGOYA, PCC-NAG OYA  2007 - Confer ence   Proceedings. 20 07; 904–910.  [8]   Shimada, JA Wi ik, T Isobe, T Takaku, N Iw amuro, Y Uchida, M  Molinas, TM Undeland .  A ne AC c u rre nt switch  called MERS w ith low on-state voltag e  IGBTs ( 1 . 54 V)  for renewable energ y and power saving applica tions Proceedings of  t h e 20th  Int e rnat i onal S y m posium  on Power Sem i c onductor  Devic e s  & IC  ́ s .  2008;  4–11.  [9]   PK Sadhu,  RN Chakr a bar t i, SP  Chowdhur y .   A n   im pr oved   inver t er cir c u it  ar r a ngem e nt. Patent  No. 69/Cal/200 1.  Patent Office    Gover n m e nt of  I ndia.  [10]   Pradip Kumar Sadhu, Deb a brata Ro y ,  Ni tai Pal,  Sourish San y al.  Selection  of Ap propriate Semiconductor Switch e s   for Induction Heated Pipe-Lin e using  High Fr equency  Full B r idge Inverter.  International  Jo urnal of Power  Electronics and   Drive System  ( I JPEDS, SCI M ago  Journal) .  2014;  5(1): 112–118.  [11]   Mochammad Facta, To le Sutikn o, Zain al Salam. The Application  of FPGA in  PWM Controlled  Resonant Converter   for an Ozone Generator .   International Journal of  Po wer Electronics and Drive Sys t em ( I JPEDS, S C IMago Journal) .   2013; 3(3): 336~ 343.      BIOGRAP HI ES  OF AUTH ORS          Pradip Kumar Sadhu received h i s Bachelor , Post -Graduate  and Ph.D. (Engin eer in g) degrees in   1997,  1999 and 2002  respectively  in Electrical  Engg.  from Jadav pur Univer sity , West  Bengal,  India. Curr ently ,  he is working as a Professor  in Electrical Eng i neer ing Department of Indian  School of Mines, Dhanbad,  India. He has total ex perien ce of  18  y ears in teaching  and industr y .   He has four Paten t s. He has  several journ a and conferen ce publications in national and  intern ation a l lev e l. He is prin cip a l investigat or o f  few Govt. funded projects. He has guided a  large no . of do ctoral  candid a tes and M. Tech st udents .  His  curr ent ar eas  of  inte res t  are  power   electronics applications, app l ic ation of high fr equency   conver t er, energ y  efficien devices energ y  efficient drives,  computer aid e d power  s y stem analy s is, condition monitoring,  lighting   and communication s y stems for  underground co al mines.          Palash Pal completed Diploma in Electrical  En gineer ing from  West Bengal State Council of  Techn i cal Education, West Beng al, India in 2003 He received his B.Tech  Degr ee in Electr i cal  Engineering fro m West  Bengal University  o f   Techno log y , W e st Beng al, India in 2006  and   M.Tech . (Gold Medalist) in 200 9 from same  Un iver s i t y . He has  total exp e ri ence  of s i x y e ars  in  teaching. He is  currently  work ing as an Assist ant Professor and Head in  the department of  Electri cal  Engin eering ,  Saroj M ohan Institut e  of  Techno log y  (SMIT-TIG), Gupt ipara, Hooghl y - 712512, West Bengal, India.  He is presently  pur suing Ph.D. programme at the  Department of   Electrical Engin eering ,  Indian S c hool of Min e s,  Dhanbad-82600 4, India. His r e s earch  interests  includ e power electron i cs,  inducti on heating, high  frequen c y  conv er ters, high fr eq uency  heatin g,  control s y stems and power  s y stems.           Nitai P a l r ece ive d  his  B.Tech . an d M . Tech . degre e s  in Ele c tri cal  Engine ering fro m  Univers i t y  of   Calcutta, West Bengal,  India. He received his  Ph.D. (Engi neering) from Jadavpur University West Bengal, In dia. He h a s  tot a l  experi enc e  of t w elve  ye ars  in t e aching .  He is  cu rrentl y  working  as an Assistant Professor in the  Department of  Electrical Eng i n eering ,  Indian School of Mines,  Dhanbad, Jhark h and, Ind i a. He  has sev e ral pu blications  in Jo urnals, In tern ational  & National  conferen ces. He is th e co- i nvestigator  of Govt f unded project.    His current ar eas of interest  are  P o wer elec tronic s  applic ation ,  ap plic ation of h i gh  frequenc conv erters energ y   eff i ci ent dev i ces energ y  efficien t drives, light ing  and communication s y stems  for u nderground co al  mines.          Sourish Sany al received his  Bachelor  of  Technolog y   degree  in Electronics and   Tel ecom m unicat ion Engineerin g in the  y ear  2000 from  I n stitute of En gineer ing and  Management, Salt  Lak e  under  Univer sity  of   Kaly ani. He h a s r eceived bo th  his Master of   Engineering in   Electronics and  Telecommunication in 2002  and  Doct oral D e gree in Engin eer ing  in 2012 from Ja davpur University . He has also re ceiv e d an MBA  (Finance) degr ee from Jadavur   University . He  is presently  wo rking as an As sociate Professor at Academ y   of Technolog y ,   Adisaptagram,  Hooghly ,  West Benga l, India. He has a no. of p ublished papers in National and   Interna tiona l jou r nals to his cred it. He has part ic ipated and pr esented resear ch papers in several  Nationa l and In terna tiona l Conf erenc e s. His cu rrent ar eas of I n terest  are Int e l ligent Con t rol  S y stem based o n  soft-computin g,  Digit a l Im age  and S p ee ch P r oces s i ng, P a t t ern  Clas s i fic a tion ,   Application of Soft Computing in Power Electr onics  Applica t i on like energ y   effic i ent driv es P L C bas e contr o l and  en erg y   eff i ci ent h i gh fr equ e nc y Inv e rt er  etc .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.