| Revue: | Ingeniería. investigación y tecnología |
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| Número de sistema: | 000537944 |
| ISSN: | 1405-7743 |
| Autores: | Pimentel Velázquez, Luis Antonio1 Suárez Aparicio, Héctor2 Velázquez Machuca, Martha Alicia3 |
| Instituciones: | 1Instituto Tecnológico de Morelia, Michoacán. México 2Instituto Tecnológico de Morelia, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Michoacán. México 3Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Michoacán, México |
| Año: | 2023 |
| Periodo: | Abr-Jun |
| Volumen: | 24 |
| Número: | 2 |
| País: | México |
| Idioma: | Español |
| Resumen en español | En este artículo se describe la realización de un prototipo que emplea una fuente de alto voltaje para generar descargas eléctricas en un reactor de gases integrado por una barrera dieléctrica, la cual se somete a un campo eléctrico no uniforme con el fin de producir gas ozono residual a partir del medio circundante. La fuente de alto voltaje empleada se basa en un esquema resonante de alta eficiencia, la cual permite reducir pérdidas en relación con otras aproximaciones basadas en conmutadores forzados. Dado que la principal función de un convertidor de voltaje es generar las señales adecuadas con la mayor eficiencia posible, menor número de componentes involucrados, mayor densidad de potencia posible y el mejor compromiso entre facilidad de implementación y la complejidad general del circuito, se seleccionó la topología Flyback resonante auto conmutado, con modificación ZVS (Zero Voltage Switching), la cual representa una aproximación adecuada dada la baja distorsión armónica de la señal de tensión de salida y su alta frecuencia de operación, conveniente para la aplicación específica requerida. La topología de conmutación mediante elementos resonantes conforma uno de los campos de más amplio desarrollo en electrónica de potencia por sus grandes ventajas sobre la conmutación forzada. Emplear esta metodología permite que el circuito no genere pérdidas excesivas y reduce el consumo energético general. En forma adicional, el diseño del PCB (Printed Circuit Board) permite integrar el segmento de conmutación como un módulo acoplable en forma simplificada a otro prototipo sin afectar el funcionamiento del mismo, de forma que es sencillo trabajar con una variabilidad de reactores de gases con el fin de encontrar el óptimo en la generación de ozono. Esto reduce los costos de mantenimiento y alarga la vida útil del dispositivo. El potencial elevado del campo eléctrico, logrado mediante los convertidores descritos, tiene usos extendidos en la industria fármaco-química, medicina y experimentación sobre emisiones ionizantes. En futuras investigaciones se sugiere la incorporación de control activo en el segmento de conmutación, lo cual permitiría un censado adecuado de las variables de voltaje y corriente de la carga, y el ajuste de los ciclos de servicio con el fin de mantener un rango adecuado de salida. |
| Resumen en inglés | This article describes the realization of a prototype that uses a high voltage source to generate electrical discharges in a gas reactor integrated by a dielectric barrier that is subjected to a non-uniform electric field in order to produce residual ozone gas using the surrounding medium. The high voltage source used is based on a high efficiency resonant scheme, which allows to reduce losses in relation to other approaches based on forced commutators. Since the main function of a voltage converter is generate the appropriate signals with the highest possible efficiency, the fewest number of components involved, the highest possible power density, and the best compromise between ease of implementation and overall circuit complexity, make the self-switched resonant flyback topology with ZVS (Zero Voltage Switching) modification one solid approach, and represents a suitable method given the low harmonic distortion of the output voltage signal and its high operating frequency, appropriate for the specific application required. The commutation topology using resonant elements is one of the most extensively developed fields in power electronics due to its many advantages over forced commutation. Using this methodology allows the circuit not to generate excessive losses and reduces its impact on overall energy consumption. Additionally, the PCB (Printed Circuit Board) design allows the switching segment to be integrated as a module that can be attached in a simplified way to another prototype without compromising its operation, so that it is easy to work with a variability of gas reactors in order to find the best design for ozone generation. This reduces maintenance costs and extends the life of the device. The high potential of the electric field, achieved by means of the described converters, has widespread uses in the pharmaceutical-chemical industry, medicine and experimentation on ionizing emissions. In future research, it is suggested the incorporation of active control in the switching segment, which would allow an adequate census of the voltage and current variables of the load and the adjustment of the service cycles in order to maintain correct range of the output. |
| Palabras clave: | Ozono, Descarga de barrera dieléctrica, Convertidor resonante, Electrónica de potencia |
| Keyword: | Ozone, Dielectric barrier discharge, Resonant converter, Power electronics |
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