Apresentacao Aula Projeto Indutores

Projeto de Indutores paraAlta Frequncia

Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia de Santa Catarina Departamento Acadmico de Eletrnica

Eletrnica de Potncia

Florianpolis, novembro de 2012.

Prof. Clvis Antnio Petry.

Captulo 9: Choppers DC: 1. Projeto de indutores em alta freqncia.

Bibliografia para esta aula

www.ProfessorPetry.com.br

Conversores CC-CC Projeto de indutores em alta freqncia: 1. Auto-indutncia; 2. Projeto de indutores com ncleo de ar; 3. Projeto de indutores com ncleo de ferrite.

Nesta aula

Auto-Indutncia

A propriedade de uma bobina de se opor a qualquer variao de corrente medida pela sua auto-indutncia (L). A unidade de

medida o Henry (H).

2N ALl =

Exemplo 12.1: Determine a indutncia da bobina de ncleo de ar da figura abaixo:

1r =

1r o o o = = =

( )232 4 104 4dA

= =

6 212,57 10A m=

2N ALl =

2 7 6100 4 10 12,57 10 1,580,1

L H = =

Auto-Indutncia

Projeto de indutores

O projeto de um indutor depende: Da freqncia de operao; Da corrente no mesmo; Do regime de trabalho; Do material utilizado para o ncleo; Entre outros....

Projeto de indutores com ncleo de ar

Bobinas longas:

2N ALl =

L lNA

=

Onde: N nmero de espiras da bobina; L indutncia [Henry, H]; A rea do ncleo [m2]; l comprimento da bobina [m]; permeabilidade do ncleo [Wb/Am].

Bobina de camada nica com ncleo de ar:

( )2

9 1039,5

L a lN

a +

=

Onde: N nmero de espiras da bobina; L indutncia [micro Henry, H]; a raio do ncleo [m]; l comprimento da bobina [m].

fiol N D=


Bobina de camada nica com ncleo de ar:

( )2

9 1039,5

L a lN

a +

=

2 239,5 10 9 0fioa N L D N a L =

fiol N D=

( ) ( ) ( )( )

2 2

2

10 10 4 39,5 9

2 39,5fio fioL D L D a a LN

a

=


Bobina de diversas camadas com ncleo de ar:

( )( )1 2 121

6 9 1031,6

L r l r rN

r + +

=

Onde: N nmero de espiras da bobina; L indutncia [micro Henry, H]; l comprimento da bobina [m]; r1 raio interno [m]; r2 raio externo [m].


Ncleos toroidais:

2 r LNA

=

Onde: N nmero de espiras da bobina; L indutncia [Henry, H]; A rea do ncleo [m2]; permeabilidade do ncleo [Wb/Am]; r raio do toroide [m].


Indutor planar:

510 38,5 10L D N

0iD =Se

De acordo com:

http://members.aol.com/marctt2/induct2.pdf


Indutor planar:

De acordo com:

http://smirc.stanford.edu/papers/JSSC99OCT-mohan.pdf

2out in

avgd d

d+

= out inout in

d dd d

=+

1 2,34k =

2 2,75k =

2

121avg

o

n dL k u

k

= +


Projeto de indutores de alta freqncia com ncleo

Ncleos usados na implementao de indutores de HF:

http://www.mag-inc.com

http://www.magmattec.com.br http://www.thornton.com.br

Projeto de indutores de alta freqncia com ncleo Ncleos usados na implementao de indutores de HF:

Projeto de indutores com ncleo de ferrite

Caractersticas do ncleo:

Montagem do ncleo (com entreferro):


1) Dados de entrada:

Loef

Lo

2

100 Indutncia do indutor;20 Freqncia de operao;10 Corrente de pico;

I =6A Corrente eficaz;I =1A Ondulao de corrente;

k=0,7 Fator de enrolamento;J=450A/cm Densidade de corrente;B=0

o

s

Lop

L HF kHzI A

===

7o

,35T Densidade de fluxo mximo;=4 10 / / Permeabilidade no vcuo.Wb A m

t

( )Li t

I

2sT

sT


2) Escolha do ncleo:

10,35 0,03510

Lo

Lop

IB B TI = = =

4 6 4410 100 10 10 6 10 0,544

0,7 0,35 450o Lop LoefL I IAeAw cmk B J

= = =

Ncleo 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 2,40 1,57 9,7 10,5 23,30 3,77

E-55 3,54 2,50 1,2 11,6 42,50 8,85


3) Clculo do nmero de espiras:

4 6 410 100 10 10 10 24espiras0,35 1,20

o Lop

e

L IN

B A

= = =

4) Clculo do entreferro:

2 2 2 7 2

6

10 24 4 10 1,20 10 0,087100 10

o e

o

N Alg cmL

= = =


Perdas no ncleo:


Correntes parasitas: - Induzidas no ncleo, devido ao mesmo ser, normalmente,

de material ferromagntico.

Perdas por histerese: - Trabalho realizado

pelo campo (H) para obter o fluxo (B);

- Expressa a dificuldade que o campo (H) ter para orientar os domnios de um material ferromagntico.

5) Perdas no ncleo:

5

10

4 10

4 10H

E

KK

=

=

( )2,4 2nucleo H s E s eP B K F K F V= +

( )2,4 5 10 20,035 4 10 20000 4 10 20000 8nucleoP = + 2,46nucleoP mW=


Perdas no condutor:


Efeito de proximidade: Relaciona um aumento na resistncia em funo dos campos

magnticos produzidos pelos demais condutores colocados nas adjacncias.

Efeito pelicular (efeito skin): Restringe a seco do condutor para frequncias elevadas. Em altas frequncias, a tenso oposta induzida se concentra no

centro do condutor, resultando em uma corrente maior prxima superfcie do condutor e uma rpida reduo prxima do centro.

7,5 [ ]s

cmf

=Profundidade de penetrao

6) Profundidade de penetrao:

7,5 7,5 0,05320000s

cmF

= = =

2 2 0,053 0,106maxDfio cm= = =

No poder ser utilizado condutor com dimetro maior que 0,106 cm. Portanto, podem ser utilizados condutores mais finos que o fio 18 AWG. Escolheu-se o condutor 22 AWG.

222 0,003255cuA cm=

22 0,000530 /cm =

222 0,004013S cm=


7) Escolha da seo dos condutores:

26 0,013450

LoefIS cmJ

= = =

22

0,013 50,003255fios cu

SN fiosA

= = =

Maior que a rea do fio 22 AWG.

8) Clculo da resistncia do fio:

22 0,00053024 6,7 0,0175fio fios

R N ltN= = =


9) Perdas no cobre: 2 20,017 6 0,614cobre fio LoefP R I W= = =

10) Perdas totais:

2,46 0,614 0,616totais nucleo cobreP P P m W= + = + =

11) Elevao de temperatura:

( ) ( )0,37 0,3723 23 1,02 22,832 /oRt AeAw C W = = =

22,832 0,616 14,066 ototalT Rt P = = =


12) Clculo do fator de ocupao:

22 224 5 0,004013 0,6880,7 0,7fios

neces

N N SAw cm

= = =

0,688 0,8090,85

necesocup

AwKAw

= = =


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