Modelado y simulación de un inversor cuasi-resonante para calentamiento por inducción bajo carga variable
Autores: Spateri, Enrico; Ruiz, Fredy; Gruosso, Giambattista
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado y simulación de un inversor cuasi-resonante para calentamiento por inducción bajo carga variable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Inversores
Calentamiento por inducción
Control
Simulación
Carga
Frecuencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 68
Citaciones: Sin citaciones
Los inversores CC cuasi-resonantes de un solo interruptor son preferidos en aplicaciones de calentamiento por inducción de baja potencia por su economía. Sin embargo, presentan dificultades para imponer el encendido suave y muestran una controlabilidad limitada. Un buen diseño de estos convertidores debe proceder en paralelo con la caracterización de la carga y las condiciones de funcionamiento. El control de la frecuencia de conmutación tiene una relación crítica con el comportamiento no lineal de la carga debido al acoplamiento electro-térmico y a las anisotropías geométricas. Los métodos de elementos finitos permiten el análisis de este tipo de sistemas acoplados multifísicos, pero la simulación de la dinámica transitoria es computacionalmente costosa. El objetivo de este artículo es proponer una estrategia de simulación en el dominio del tiempo para analizar el comportamiento de los sistemas de calentamiento por inducción con un inversor CC de un solo extremo cuasi-resonante utilizando modulación de frecuencia de pulso y carga variable. El comportamiento de la carga se estima a través del análisis estacionario de frecuencia e se integra en las simulaciones en el dominio del tiempo como una impedancia equivalente no lineal parametrizada por tablas de búsqueda. El modelo considera variaciones en la dinámica de la temperatura, la presencia de anisotropías en la pieza de trabajo y formas de onda armónicas de corriente. La estrategia de regulación de potencia basada en el control del tiempo de encendido del interruptor se prueba en un estudio de caso con carga variable y se muestra que es capaz de mantener el convertidor en la región de operación segura, manejando variaciones de hasta en la resistencia equivalente de la carga.
Descripción
Los inversores CC cuasi-resonantes de un solo interruptor son preferidos en aplicaciones de calentamiento por inducción de baja potencia por su economía. Sin embargo, presentan dificultades para imponer el encendido suave y muestran una controlabilidad limitada. Un buen diseño de estos convertidores debe proceder en paralelo con la caracterización de la carga y las condiciones de funcionamiento. El control de la frecuencia de conmutación tiene una relación crítica con el comportamiento no lineal de la carga debido al acoplamiento electro-térmico y a las anisotropías geométricas. Los métodos de elementos finitos permiten el análisis de este tipo de sistemas acoplados multifísicos, pero la simulación de la dinámica transitoria es computacionalmente costosa. El objetivo de este artículo es proponer una estrategia de simulación en el dominio del tiempo para analizar el comportamiento de los sistemas de calentamiento por inducción con un inversor CC de un solo extremo cuasi-resonante utilizando modulación de frecuencia de pulso y carga variable. El comportamiento de la carga se estima a través del análisis estacionario de frecuencia e se integra en las simulaciones en el dominio del tiempo como una impedancia equivalente no lineal parametrizada por tablas de búsqueda. El modelo considera variaciones en la dinámica de la temperatura, la presencia de anisotropías en la pieza de trabajo y formas de onda armónicas de corriente. La estrategia de regulación de potencia basada en el control del tiempo de encendido del interruptor se prueba en un estudio de caso con carga variable y se muestra que es capaz de mantener el convertidor en la región de operación segura, manejando variaciones de hasta en la resistencia equivalente de la carga.