Centro Federal de Educação C ç Tecnológica g de Santa S C Catarina Departamento de Eletrônica Retificadores Projeto de Indutores de Alta Freqüência Prof. Clóvis Antônio Petry. Florianópolis, outubro de 2007. Nesta aula Capítulo 21 21:: Transformadores 1. Projeto de indutores de alta freqüência. www.cefetsc.edu.br/~petry Projeto de indutores Op projeto j de um indutor depende depende: p : • Da freqüência de operação; • Da corrente no mesmo; • Do regime de trabalho; • Do material utilizado para o núcleo; • Entre outros.... Projeto de indutores Núcleos usados na implementação p ç de indutores de HF HF:: http://www.magmattec.com.br http://www.thornton.com.br http://www.mag-inc.com Projeto de indutores Características do núcleo: núcleo: Projeto de indutores Montagem do núcleo (com entreferro) entreferro):: Projeto de indutores 1) Dados de entrada entrada:: Lo = 100 μ H Indutância do indutor; Fs = 20 kHz kH F üê i de Freqüência d operação; ã I Lop = 10 A Corrente de pico; I Loef =6A Corrente eficaz; ΔI Lo =1A Ondulação de corrente; k=0,7 Fator de enrolamento; J=450A/cm 2 Densidade de corrente;; B=0,35T Densidade de fluxo máximo; μo =44π ⋅ 10−7 Wb / A / m Permeabilidade no vácuo vácuo. iL ( t ) ΔI Ts 2 t Ts Projeto de indutores 2) Escolha do núcleo núcleo:: ΔI Lo 1 ΔB = B = 0,35 = 0,035T I Lop 10 A A = AeAw Lo ⋅ I Lop ⋅ I Loef ⋅ 104 k ⋅B⋅J 100 ⋅ 10−6 ⋅ 10 ⋅ 6 ⋅ 104 = = 0,544 0 544 cm 4 0,7 ⋅ 0,35 ⋅ 450 Núcleo Ae ((cm2) Aw ((cm2) le ((cm)) lt ((cm)) ve((cm3) AeAw ((cm4) E-20 0,312 0,26 4,28 3,8 1,34 0,08 E-30/7 0,60 0,80 6,7 5,6 4,00 0,48 E-30/14 1,20 0,85 6,7 6,7 8,00 1,02 E-42/15 1,81 1,57 9,7 8,7 17,10 2,84 E-42/20 E 42/20 2 40 2,40 1 57 1,57 97 9,7 10 5 10,5 23 30 23,30 3 77 3,77 E-55 3,54 2,50 1,2 11,6 42,50 8,85 Projeto de indutores 3) Cálculo do número de espiras espiras:: N= Lo ⋅ I Lop ⋅ 104 B ⋅ Ae 100 ⋅ 10−6 ⋅ 10 ⋅ 104 = = 24espiras 0, 45 ⋅ 1, 20 4) Cálculo do entreferro entreferro:: N 2 ⋅ μo ⋅ Ae ⋅ 10−2 242 ⋅ 4π ⋅ 10−7 ⋅ 1,20 , ⋅ 10−2 l = lg = = 0,087 0 087 cm −6 100 ⋅ 10 Lo Projeto de indutores 5) Perdas no núcleo núcleo:: K H = 4 ⋅ 10−5 K E = 4 ⋅ 10−10 24 Pnucleo = ΔB 2,4 ⋅ ( K H ⋅ Fs + K E ⋅ Fs 2 ) ⋅ Ve Pnucleo = 0,035 0 0352,4 ⋅ ( 4 ⋅ 10−5 ⋅ 20000 + 4 ⋅ 10−10 ⋅ 200002 ) ⋅ 8 Pnucleo = 2,46 2 46 mW Projeto de indutores 6) Profundidade de penetração penetração:: 7,5 7,5 Δ= = = 0,053cm , Fs 20000 Dfiomax = 2 ⋅ Δ = 2 ⋅ 0,053 0 053 = 0,106 0 106 cm Não poderá ser utilizado condutor com diâmetro maior que 0,106 cm. Portanto, podem ser utilizados condutores mais finos que o fio 18 AWG. Escolheu-se o condutor 22 AWG. Acu 22 = 0,003255 cm 2 ρ 22 = 0,000530 0 000530 Ω / cm S 22 = 0,004013 cm 2 Projeto de indutores 7) Escolha da seção dos condutores condutores:: I Loef 6 S= = = 0,013 cm 2 J 450 N fios Maior que a área do fio 22 AWG. S 0,013 = = = 5 fios Acu 22 0,003255 8) Cálculo da resistência do fio fio:: R ffio = N ⋅ ρ 22 N fios 0,000530 ⋅ lt = 24 ⋅ ⋅ 6,7 = 0,017 Ω 5 Projeto de indutores 9) Perdas no cobre cobre:: Pcobre = R fio ⋅ I Loef 2 = 0,017 ⋅ 62 = 0,614W 10)) Perdas totais: 10 totais: Ptotais = Pnucleo + Pcobre = 2,46m + 0,614 = 0,616W 11)) Elevação de temperatura: 11 temperatura: Rt = 23 ⋅ ( AeAw ) −0,37 = 23 ⋅ (1,02 ) −0,37 = 22,832 oC / W ΔT = Rt ⋅ Ptotal = 22,832 ⋅ 0,616 = 14,066 o Projeto de indutores 12)) Cálculo do fator de ocupação 12 ocupação:: Awneces = K ocup N ⋅ N fios ⋅ S22 0,7 24 ⋅ 5 ⋅ 0,004013 = = 0,688 0 688 cm 2 0,7 Awneces 0,688 0 688 = = = 0,809 Aw 0,85 Projeto de indutores Exercício de aplicação aplicação:: Projetar um indutor de alta freqüência com as seguintes especificações. Lo = 500 μ H Indutância do indutor; Fs = 100 kHz Freqüência de operação; I Lop = 2 A Corrente de pico; I Loef =1,8A Corrente eficaz; ΔI Lo =0,5A Ondulação de corrente; k=0,7 Fator de enrolamento; J=450A/cm 2 B=0,35T Densidade de corrente; Densidade de fluxo máximo. Na próxima aula Laboratório de indutores e transformadores transformadores.. www.cefetsc.edu.br/~petry