Resumen de Influencia de los componentes parásitos en el análisis y diseño de inversores resonantes paralelo para aplicaciones de calentamiento por inducción
- español
La aparición de nuevos dispositivos semiconductores de conmutación cada vez más rápidos y capaces junto con el uso de modernas técnicas de control ha permitido la mejora de parámetros básicos de los equipos industriales como son la fiabilidad, la seguridad y el rendimiento. En calentamiento por inducción, el uso de estos nuevos dispositivos ha permitido además el aumento de la potencia y frecuencia de funcionamiento con lo que se han evidenciado los efectos perjudiciales que provocan las diversas magnitudes parásitas que aparecen en los componentes y conexiones de estos equipos. El presente trabajo se basa en el estudio de estos efectos y en el análisis y diseño de circuitos capaces de resolver los problemas que estos plantean en inversores resonantes paralelo para aplicaciones de calentamiento por inducción con el objeto de aumentar su rendimiento y fiabilidad trabajando a altas frecuencias.
En la actualidad la gama de frecuencias en las aplicaciones de calentamiento por inducción está cubierta mediante convertidores cuyas tecnologías han sido elegidas optimizando criterios de coste, fiabilidad y rendimiento. A partir de algunas decenas de kilohercios el rendimiento y la fiabilidad de los convertidores con transistores IGBT baja haciendo aconsejable cubrir las aplicaciones en estas frecuencias con convertidores con transistores MOS.
A continuación se muestra la situación que se puede alcanzar incorporando las técnicas que aquí se presentan. La gama de frecuencias de los convertidores con transistores IGBT se extiende hasta alcanzar los 100 kHz con lo que pueden sustituir en este segmento de frecuencias a los transistores MOS reduciendo consecuentemente el coste del equipo. De un modo análogo se incrementará la frecuencia de trabajo de los convertidores con transistor MOS que podrán sustituir en la práctica totalidad de aplicaciones a los generadores con tubo electrónico.
Seguidamente se hace un breve resumen de los contenidos de cada unos de los capítulos de esta memoria.
El primer capítulo muestra una introducción al calentamiento por inducción dando una relación de las necesidades de este sector industrial y las soluciones aportadas por la Electrónica Industrial en el transcurso de los últimos años.
Los equipos generadores utilizados en caldeo por inducción tienen como punto común que la carga es un circuito resonante. En el segundo capítulo se aborda el análisis y condiciones de carga de las distintas configuraciones resonantes paralelo así como la caracterización de los componentes básicos de los convertidores y el estudio de sus estructuras topológicas dando una especial atención a los circuitos inversores con carga resonante paralelo.
Una vez caracterizados los circuitos de salida y definidas las topologías del convertidor, en el tercer capítulo se estudian los procesos de conmutación de los dispositivos conmutadores en inversores con carga resonante paralelo para diferentes condiciones de funcionamiento. Estos procesos se pueden mejorar con el uso de redes de ayuda a la conmutación cuyo funcionamiento también será analizado. En este capítulo se introducen las técnicas del disparo de los conmutadores del inversor para conseguir conmutaciones suaves que reduzcan las pérdidas de conmutación permitiendo así la posibilidad de aumentar tanto la potencia como la frecuencia del convertidor. El estudio de este sistema de control se hará en el cuarto capítulo y se completará mediante su modelización y estudio dinámico.
En el capítulo quinto se estudiará el funcionamiento del inversor resonante paralelo en condiciones de cortocircuito exponiéndose los problemas que implica esta circunstancia y la efectividad de las soluciones propuestas.
Finalmente, en los dos últimos capítulos se mostrarán los resultados experimentales obtenidos sobre generadores con inversor resonante paralelo de alta frecuencia con transistores IGBT y MOS para calentamiento por inducción y la relación de aportaciones de este trabajo.
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- English
The appearance of new devices more and more fast and capable switching semiconductors together with the use of modern control techniques has allowed the improvement of basic parameters of the industrial teams as they are the reliability, the security and the efficiency. In induction heating, the use of these new devices has allowed the increase of the power and operation frequency. With this, the harmful effects that cause the parasitic magnitudes in the components and connections appears. The present work is based on the study of these effects and in the analysis and design of circuits able to solve the problems in parallel resonant inverters for induction heating applications in order to increasing its efficiency and reliability working at high frequencies.
Subsequently a brief summary of the contents is made of each one of the chapters of this memory. The first chapter shows an introduction to the induction heating giving a relationship of the necessities of this industrial sector and the solutions contributed by the Industrial Electronics in the course of the last years. In the second chapter it is approached the analysis and conditions of load of the different configurations of the parallel resonant circuit as well as the characterisation of the basic components of the converters and the study of their structures. In the third chapter the processes of commutation of the devices switches are studied in inverters with parallel resonant load for different operation conditions. The soft commutations techniques are introduced to reduce the commutation losses allowing this way the possibility to increase as much the power as the frequency of the converter. The study of this control system will be made in the fourth chapter and it will be completed by means of its modelización and dynamic study.
In the chapter fifth the parallel resonant investor's operation will be studied under short circuit conditions. Finally, in the last two chapters the experimental results obtained on generators with parallel resonant inverters of high frequency for induction heating will be shown.
