El alumno Asier Arruti Romero obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención Doctorado Internacional
El alumno Asier Arruti Romero obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE con mención Doctorado Internacional
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- Título de tesis: Modelling of magnetic devices for high frequency power converters
Tribunal:
- Presidencia: Gerard Hurley (National University of Ireland)
- Vocalía: Ziwei Ouyang (Technical University of Denmark (DTU)
- Vocalía: Guillaume Lefèvre (Mitsubishi Electric R&D Centre Europe)
- Vocalía: Carlos Bernal Ruiz (Universidad de Zaragoza)
- Secretaría: Jon Anzola Garcia (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
Los dispositivos magnéticos se están convirtiendo en el cuello de botella del diseño de convertidores de potencia de alta frecuencia. Aunque haya disponibles transistores de potencia de baja resistencia y alta velocidad de conmutación, debido al incremento de pérdidas y limitada capacidad de disipación, el diseño de los dispositivos magnéticos es una tarea complicada. Para mejorar el rendimiento de los convertidores, tanto en eficiencia como en densidad de potencia, son necesarias mejoras en los dispositivos magnéticos, lo cual es el objetivo de esta tesis, especialmente en lo relevante a las pérdidas de potencia.
Primero, se estudian las leyes de diseño de los dispositivos magnéticos para entender mejor los efectos de varios fenómenos en el espacio de diseño. Este análisis parte de leyes clásicas para baja frecuencia, y posteriormente se añaden los efectos de alta frecuencia del devanado y núcleo para aclarar su impacto. También se debaten los posibles efectos de otros factores en convertidores de altas frecuencias y prestaciones. Dado que las pérdidas de los dispositivos magnéticos tienen dos fuentes, las pérdidas del núcleo y el devanado se analizan por separado. Para las pérdidas del núcleo, primero se estudian las técnicas existentes, indicando sus virtudes y limitaciones. Basándose en este estudio, y apoyándose sobre una extensiva base de datos de pérdidas de núcleo, se presenta un nuevo modelo, el cual muestra mejores resultados que los modelos existentes en un amplio rango de frecuencias, densidades de flujo, formas de onda y materiales. Con el conocimiento desarrollado junto al modelo se pueden explicar e integrar de forma intuitiva otros efectos, como las dependencias de temperatura, y pérdidas de relajación y premagnetization. Similarmente, para las pérdidas del devanado, primero se estudian los métodos existentes, limitándose a modelos basados en estimaciones unidimensionales. Centrándose en los cables de Litz, los modelos existentes y un nuevo modelo propuesto se comparan frente a simulaciones de elementos finitos, demostrando como el nuevo modelo es capaz de estimar las pérdidas a altas frecuencia con mayor precisión. Finalmente, se diseña una bancada de caracterización de componentes magnéticos, la cual se usa para obtener datos experimentales adicionales. Los resultados refuerzan las ventajas del nuevo modelo de pérdidas de núcleo.
El conocimiento y modelos generados en esta tesis permiten entender mejor las pérdidas de estos dispositivos, lo cual facilita la optimización y mejora de convertidores de altas prestaciones y frecuencia. Todos los parámetros utilizados se pueden encontrar en el documento, permitiendo que este trabajo se vuelva un recurso útil para diseñadores de componentes magnéticos.