Sistemas electrónicos de potencia de alta eficiencia diseñados para grandes variaciones de carga en encimeras de inducción

Resumen

La tesis se divide en tres bloques fundamentales: el modelado de la carga, las topologías inversoras y las aplicaciones resultantes. En el primer bloque, se propone un modelado de la carga y sus variaciones utilizando el modelo del transformador y sus ecuaciones diferenciales. Se ha analizado cómo los parámetros de los modelos se ven influenciados por cada una de las variables del sistema. También se ha extendido este modelo a otros sistemas como la transferencia de potencia sin contacto y los inductores con varios devanados, en particular para inductores concéntricos. Adicionalmente se han propuesto y evaluado ideas como un fondo de recipiente con un factor de potencia mayor o un sistema de apantallamiento mediante materiales alternativos a las ferritas sinterizadas, que permitirán mejorar la eficiencia. También se ha propuesto un método de medida de temperatura a través de la impedancia del inductor y un sistema de medida de eficiencia. En el segundo bloque se ha establecido una comparativa sistemática de las topologías inversoras utilizadas en inducción considerando diferentes cargas que se pueden presentar, tanto en el proceso de diseño, como en la evaluación del comportamiento ante variaciones de carga. De ahí se ha concluido que la topología semipuente ofrece un adecuado equilibrio en cuanto a complejidad y prestaciones. En el tercer bloque, se ha estudiado el calentamiento por inducción de todo tipo de recipientes metálicos y se han obtenido varias soluciones que mejoran sensiblemente la eficiencia de las etapas de potencia implementando varias de éstas. Como aplicación de sistema de transferencia de potencia sin contacto, se ha planteado el sistema de recuperador de energía y se ha establecido su proyección futura mediante el control activo del inversor que permitirá el control de la tensión que le dará más versatilidad respecto a la versión actual. Se han propuesto etapas de potencia para alimentar varios inductores a través de un inversor, tanto mediante un condensador de resonancia común, como mediante condensadores de resonancia independientes. Finalmente, se ha propuesto el esquema de etapa de potencia para dos inversores semipuente así como la forma de operar para evitar el ruido acústico. Todo ello lleva implementándose en las encimeras de inducción del grupo BSH desde el año 2004. También cabe destacar las 183 patentes en las que se ha participado como inventor, muchas de las cuales están en explotación y forman parte de las encimeras comercializadas y también se ha participado en 44 artículos científicos.