Análisis, simulación y caracterización de bobinas de núcleo de aire para aplicaciones de alta frecuencia y tensión

Domínguez Ordóñez, Germán Haroldo
Pérez Cebolla, Francisco José (dir.) ; Letosa Fleta, Jesús (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2024
Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones, Área de Tecnología Electrónica

Graduado en Ingeniería Eléctrica

Resumen: El origen del trabajo es el estudio de las bobinas de secundario utilizadas en bobinas de Tesla. Son solenoides de una capa y de gran tamaño, con una longitud elevada de cable, del orden de cientos de metros. Trabajan en el rango de frecuencia de los cientos de kHz. Esto hace que aparezcan fenómenos propios de circuitos de parámetros distribuidos que es necesario tener en cuenta en el diseño. Los resultados son aplicables a otros rangos de frecuencia y longitudes de cable de interés en otras aplicaciones de la electrónica de potencia actual. En primer lugar se introduce el método analítico de diseño, que utiliza las fórmulas de Wheeler y Medhurst para calcular las características eléctricas de una bobina de este tipo, su autoinducción L y su capacidad C. Después se calcula la autoinducción mediante métodos numéricos de cálculo basados en el método de elementos finitos. Concretamente se utiliza el programa FEMM obteniendo un resultado plenamente coincidente con Wheeler. Utilizando la teoría de parámetros distribuidos se obtiene un valor de capacidad de la bobina que se aproxima al calculado por Medhurst. Se comparan los valores obtenidos por los distintos procedimientos con las medidas de laboratorio de la bobina, y se propone un método de diseño diferente al de Wheeler y Medhurst. Se ensaya la bobina como parte del circuito de la bobina de Tesla, y se caracterizan el resto de elementos que la componen. Se utilizan modelos de Simulink para comparar los resultados experimentales con los obtenidos con los distintos métodos de diseño.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado