Modelo de carga no lineal para generador de plasma

Abstract

En la modernidad, el plasma se usa para generar luz, soldaduras de arco, generación de descargas eléctricas de uso industrial y hasta para la elaboración de chips de computadores o paneles solares, entre otras cosas. Inclusive se espera que se pueda usar para propulsar cohetes espaciales y para facilitar la fusión termonuclear controlada, estos últimos presentan problemas aún no solucionados que han impulsado los estudios en estás áreas de conocimiento. Es por esto que la modelación de una carga no lineal que represente la relación entre las variables eléctricas presentes en la generación de plasma se vuelve útil para poder estudiar y simular distintos sistemas que lo utilicen. En el presente proyecto se modelan dos cargas no lineales mediante el uso de tablas y de funciones, las cuáles replican la relación existente entre la corriente de descarga y el voltaje de salida del sistema, comportándose como lo haría un generador de plasma. Estas cargas son modeladas en el entorno de simulación de PLECS, utilizando MatLab para el análisis matemático requerido. Las cargas son conectadas a un generador de pulsos de voltaje DC y una inductancia, ambos de parámetros variables con el motivo de analizar la sensibilidad de las cargas frente a los cambios de dichos parámetros. Para ambos modelos, la corriente en el inductor es aquella medida y entregada al bloque de la carga, controlando así su voltaje de salida. Finalmente el proyecto busca comparar ambos modelos con el motivo de recomendar cuál de los dos utilizar para futuras investigaciones que requieran una carga no lineal modelada en base a un Generador de Plasma. Al realizar la comparación de los modelos se concluye que la carga a recomendar es aquella modelada mediante tablas debido a su similitud con la curva de referencia y a su facilidad de implementación y ajuste.

In modern days, plasma is used to generate light, arc welding, the generation of electrical discharges for industrial use, and even for the elaboration of computer chips or solar panels, among other things. It is even expected to be used to propel space rockets and to facilitate controlled thermonuclear fusion, these latter applications still present unsolved problems that have driven studies in these areas of knowledge. This is why the modeling of a non-linear load that represents the relationship between the electrical variables present in the generation of plasma becomes useful for studying and simulating different systems that utilize it. In the present project, two non-linear loads are modeled using tables and functions, which replicate the existing relationship between the discharge current and the output voltage of the system, behaving as a plasma generator would. These loads are modeled in the PLECS simulation environment, using MatLab for the required mathematical analysis. The loads are connected to a DC voltage pulse generator and an inductance, both with variable parameters, with the aim of analyzing the sensitivity of the loads to changes in said parameters. For both models, the current in the inductor is the one measured and delivered to the load block, thus controlling its output voltage. Finally, the project seeks to compare both models with the purpose of recommending which of the two to use for future research that requires a non-linear load modeled based on a Plasma Generator. Upon comparing, it is concluded that the load to recommend is the one modeled using tables due to its similarity to the reference curve and its ease of implementation and adjustment.