Tesis:
Análisis y optimización de componentes magnéticos mediante técnicas de elementos finitos
- Autor: PRIETO LOPEZ, Roberto
- Título: Análisis y optimización de componentes magnéticos mediante técnicas de elementos finitos
- Fecha: 1998
- Materia: CONVERTIDORES ELÉCTRICOS;CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: UCEDA ANTOLIN, Javier
- Director/a 2º: COBOS MARQUEZ, José Antonio
- Resumen: Esta tesis doctoral presenta un estudio en profundidad de los componentes magnéticos empleados habitualmente en convertidores de potencia de altafrecuencia. Para llevar a cabo este estudio y considerar con precisión todos los efectos que tienen lugar en los componentes magnéticos, se ha propuesto un método de análisis basado en el uso de Herramientas de Elementos Finitos (HEF). El análisis presentado abarca desde la cuantificación de los efectos debidos a parámetros constructivos, a la propuesta de métodos de análisis precisos y eficientes de estructuras magnéticas complejas con distribuciones de campo tridimensionales. En el primer capítulo se realiza un resumen de los principales efectos que tienen lugar en los componentes magnéticos, entendiendo por tales aquellos que tienen mayor influencia sobre su comportamiento. Debido a que las fuentes de alimentación abordadas en este trabajo operan habitualmente a alta frecuencia, se hará especial hincapié en los efectos debidos a la alta frecuencia. En el segundo capítulo se lleva a cabo un estudio detallado de una de las técnicas más empleadas cuando se determina la estrategia de devanado de los componentes magnéticos, las técnicas de entrelazado o interleaving en terminología anglosajona. Dentro de este capítulo se realiza en primer lugar un estudio teórico de los efectos que se producen cuando se hace uso de estas técnicas. En el tercer capítulo se aplica el método propuesto basado en el uso de las HEF para el estudio de ciertos parámetros constructivos cuyos efectos no son bien conocidos por los diseñadores, como por ejemplo la influencia de la separación entre capas, el entrehierro o la altura de la ventana. El análisis y la cuantificación de estos efectos constituye otra de las aportaciones de esta tesis, generándose una serie de reglas de diseño que proporcionan al diseñador la información que le permite emplear estos parámetros como un grado de libertad adicional en sus diseños. Se aborda también dentro de este capítulo un estudio detallado de los componentes magnéticos planos, que debido a sus especiales características son cada día más empleados en los convertidores de potencia de alta frecuencia. Su especial geometría hace que los parámetros constructivos jueguen un papel de gran importancia en su diseño, por lo que su estudio se complica. Por ello, la aplicación del método propuesto que está basado en el uso de HEF y por ello considera los efectos geométricos y de la frecuencia, ha permitido obtener importantes reglas de diseño para la realización óptima de los componentes magnéticos planos. La cuantificación de los efectos que tienen lugar en estos componentes, la extracción de reglas de diseño geométrico y las consideraciones prácticas de cara a la realización física de estos componentes constituyen un conjunto de aportaciones de esta tesis que proporcionan al diseñador una valiosa ayuda en la realización de estos componentes magnéticos. El último análisis que se lleva a cabo dentro de este capítulo es el del transformador del convertidor de retroceso, o Flyback en terminología anglosajona. Debido a que esta tesis doctoral se centra en el estudio de componentes magnéticos empleados en convertidores de potencia, es necesario hacer una consideración especial al componente magnético del convertidor de retroceso, ya que sus características difieren de las del resto de los componentes magnéticos empleados en convertidores de potencia, por lo que existen determinados efectos que el diseñador debe conocer para realizar un diseño óptimo de la topología. Debido a la limitación en los procedimientos de modelado actuales, es habitual que el diseñador no optimice el diseño de este tipo de componentes magnéticos, ya que su comportamiento es muy sensible a determinados efectos de cierta complejidad. Por otra parte, esta topología es una de las más habitualmente empleadas en los convertidores de alta frecuencia, por lo que el conocimiento detallado de su componente magnético es de gran interés. Mediante este estudio ha sido posible extraer reglas de diseño así como analizar el cambio en el comportamiento del componente al aplicar técnicas de entrelazado, cuyos efectos son diferentes a los que tienen lugar en los transformadores tradicionales. Debido al extendido uso del convertidor de retroceso, los resultados extraídos de este análisis son de gran interés para los diseñadores de fuentes de alimentación de alta frecuencia