Control en tiempo real de potencia en una fuente de alimentación de alto voltaje para reactores de descarga de barrera dieléctrica: estrategia de implementación y análisis térmico de carga
Autores: Neretti, Gabriele; Popoli, Arturo; Scaltriti, Silvia Giuditta; Cristofolini, Andrea
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Control en tiempo real de potencia en una fuente de alimentación de alto voltaje para reactores de descarga de barrera dieléctrica: estrategia de implementación y análisis térmico de carga
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Presión atmosférica
Tratamientos de plasma
Descarga de barrera dieléctrica
Fuente de alimentación
Topologías de reactor
Estrategia de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Los tratamientos de plasma a presión atmosférica para aplicaciones industriales y biomédicas a menudo se realizan utilizando reactores de Descarga de Barrera Dieléctrica. Se necesitan fuentes de alimentación dedicadas para proporcionar las formas de onda de alta frecuencia de voltaje para operar estas cargas no lineales y dependientes del tiempo. Además, hay una creciente necesidad técnica de tratamientos confiables y reproducibles, que requieren que los parámetros de descarga se controlen activamente. En este trabajo, ilustramos una topología de fuente de alimentación de bajo costo basada en un convertidor push-pull. Realizamos mediciones experimentales en dos topologías de reactor diferentes (superficial y volumétrica), mostrando que la operación en lazo abierto de la fuente de alimentación conduce a un aumento de la temperatura y la potencia promedio con el tiempo. La temperatura aumenta en ~120 grados Celsius y ~70 grados Celsius, mientras que la potencia aumenta en ~78% y ~60% para los reactores volumétricos (40 s) y superficiales (120 s), respectivamente. Discutimos cómo estos cambios a menudo no son deseados en aplicaciones prácticas. Se utiliza un modelo circuital simplificado del sistema fuente de alimentación-reactor para inferir la relación física entre el comportamiento térmico observado del reactor y sus características eléctricas. Luego mostramos una estrategia de control para el voltaje de la fuente de alimentación para garantizar una operación de potencia promedio constante del dispositivo basada en mediciones de potencia en tiempo real en el lado de alto voltaje de la fuente de alimentación y una expresión empírica que relaciona la potencia entregada con el voltaje de salida de la fuente de alimentación. Estas se realizan con una unidad microcontroladora Arduino Due, también utilizada para controlar la fuente de alimentación. En una operación controlada, la potencia medida se mantiene dentro del 5% del valor de referencia para ambas configuraciones, reduciendo los incrementos de temperatura a ~80 grados Celsius y ~44 grados Celsius, respectivamente. Los resultados obtenidos muestran que la propuesta novedosa estrategia de control es capaz de seguir el comportamiento térmico transitorio, logrando una operación de potencia promedio constante y limitando posteriormente el estrés térmico del reactor.
Descripción
Los tratamientos de plasma a presión atmosférica para aplicaciones industriales y biomédicas a menudo se realizan utilizando reactores de Descarga de Barrera Dieléctrica. Se necesitan fuentes de alimentación dedicadas para proporcionar las formas de onda de alta frecuencia de voltaje para operar estas cargas no lineales y dependientes del tiempo. Además, hay una creciente necesidad técnica de tratamientos confiables y reproducibles, que requieren que los parámetros de descarga se controlen activamente. En este trabajo, ilustramos una topología de fuente de alimentación de bajo costo basada en un convertidor push-pull. Realizamos mediciones experimentales en dos topologías de reactor diferentes (superficial y volumétrica), mostrando que la operación en lazo abierto de la fuente de alimentación conduce a un aumento de la temperatura y la potencia promedio con el tiempo. La temperatura aumenta en ~120 grados Celsius y ~70 grados Celsius, mientras que la potencia aumenta en ~78% y ~60% para los reactores volumétricos (40 s) y superficiales (120 s), respectivamente. Discutimos cómo estos cambios a menudo no son deseados en aplicaciones prácticas. Se utiliza un modelo circuital simplificado del sistema fuente de alimentación-reactor para inferir la relación física entre el comportamiento térmico observado del reactor y sus características eléctricas. Luego mostramos una estrategia de control para el voltaje de la fuente de alimentación para garantizar una operación de potencia promedio constante del dispositivo basada en mediciones de potencia en tiempo real en el lado de alto voltaje de la fuente de alimentación y una expresión empírica que relaciona la potencia entregada con el voltaje de salida de la fuente de alimentación. Estas se realizan con una unidad microcontroladora Arduino Due, también utilizada para controlar la fuente de alimentación. En una operación controlada, la potencia medida se mantiene dentro del 5% del valor de referencia para ambas configuraciones, reduciendo los incrementos de temperatura a ~80 grados Celsius y ~44 grados Celsius, respectivamente. Los resultados obtenidos muestran que la propuesta novedosa estrategia de control es capaz de seguir el comportamiento térmico transitorio, logrando una operación de potencia promedio constante y limitando posteriormente el estrés térmico del reactor.