Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa CatarinaDepartamento Acadêmico de EletrônicaDepartamento Acadêmico de Eletrônica

CST em Sistemas Eletrônicos

Projeto de Projeto de IndutoresIndutoresjjProjeto Integrador IProjeto Integrador I

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Florianópolis, junho de 2008.Florianópolis, junho de 2008.

Bibliografia para esta aulaBibliografia para esta aula

IndutoresIndutores1 Projeto de indutores de alta freqüência1. Projeto de indutores de alta freqüência.

www.cefetsc.edu.br/~petry

Projeto de indutoresProjeto de indutores

OO projetoprojeto dede umum indutorindutor dependedepende::• Da freqüência de operação;Da freqüência de operação;• Da corrente no mesmo;• Do regime de trabalho;• Do material utilizado para o núcleo;p ;• Entre outros....

AutoAuto--IndutânciaIndutância

A propriedade de uma bobina de se opor a qualquer variação de corrente é medida pela sua auto indutância (L) A unidade decorrente é medida pela sua auto-indutância (L). A unidade de

medida é o Henry (H).

2N Aμ⋅ ⋅N ALlμ⋅ ⋅

=

AutoAuto--IndutânciaIndutância

Exemplo 12.1: Determine a indutância da bobina de núcleo de ar da figura abaixo:

1rμ =

1r o o oμ μ μ μ μ= ⋅ = ⋅ =

( )232 4 104 4dA

ππ−⋅ ⋅⋅

= =2N AL

lμ⋅ ⋅

=4 4

6 212,57 10A m−= ⋅

l2 7 6100 4 10 12,57 10 1,58

0 1L Hπ μ

− −⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =, 0,1

Projeto de Projeto de indutores com núcleo de arindutores com núcleo de ar

BobinasBobinas longaslongas::

Projeto de Projeto de indutores com núcleo de arindutores com núcleo de ar

BobinaBobina dede camadacamada únicaúnica comcom núcleonúcleo dede arar::

Projeto de Projeto de indutores com núcleo de arindutores com núcleo de ar

BobinaBobina dede diversasdiversas camadascamadas comcom núcleonúcleo dede arar::

Projeto de Projeto de indutores com núcleo indutores com núcleo toroidaltoroidal

NúcleosNúcleos toroidaistoroidais::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

NúcleosNúcleos usadosusados nana implementaçãoimplementação dede indutoresindutores dede HFHF::

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

http://www.mag-inc.com

Projeto de indutoresProjeto de indutores

CaracterísticasCaracterísticas dodo núcleonúcleo::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

MontagemMontagem dodo núcleonúcleo (com(com entreferro)entreferro)::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

11)) DadosDados dede entradaentrada::

100 Indutância do indutor;20 Freqüência de operação;

o

s

L HF kHz

μ=

=( )i t

Loef

10 Corrente de pico;

I =6A Corrente eficaz;LopI A=

( )Li t

IΔ

Lo

2

I =1A Ondulação de corrente;k=0,7 Fator de enrolamento;Δ t

2sT

sT

2J=450A/cm Densidade de corrente;B=0

7

,35T Densidade de fluxo máximo;4 10 / / P bilid d áWb A−7

o =4 10 / / Permeabilidade no vácuo.Wb A mμ π ⋅

Projeto de indutoresProjeto de indutores

22)) EscolhaEscolha dodo núcleonúcleo::

10,35 0,03510

Lo

Lop

IB B TIΔ

Δ = = =

4 6 4410 100 10 10 6 10 0,544

0,7 0,35 450o Lop LoefL I I

AeAw cmk B J

−⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

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 48E-30/7 0,60 0,80 6,7 5,6 4,00 0,48E-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

Projeto de indutoresProjeto de indutores

33)) CálculoCálculo dodo númeronúmero dede espirasespiras::

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

o Lop

e

L IN

B A

−⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = =

⋅ ⋅, ,e

44)) CálculoCálculo dodo entreferroentreferro::

2 2 2 7 2

6

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

o e

o

N Alg cmL

μ π− − −

−

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = =

⋅

Projeto de indutoresProjeto de indutores

55)) PerdasPerdas nono núcleonúcleo::

5

10

4 10

4 10H

E

K

K

−

−

= ⋅

= ⋅E

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

( )2,4 5 10 20,035 4 10 20000 4 10 20000 8nucleoP − −= ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

2,46nucleoP mW=

Projeto de indutoresProjeto de indutores

66)) ProfundidadeProfundidade dede penetraçãopenetração::

7,5 7,5 0,05320000s

cmF

Δ = = =

2 2 0,053 0,106maxDfio cm= ⋅Δ = ⋅ =

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.

222 0,003255cuA cm= 2

22 0,004013S cm=

22 0,000530 / cmρ = Ω

Projeto de indutoresProjeto de indutores

77)) EscolhaEscolha dada seçãoseção dosdos condutorescondutores::

26 0,013450

LoefIS cm

J= = = Maior que a área do fio 22 AWG.

22

0,013 50,003255fios

cu

SN fiosA

= = =

88)) CálculoCálculo dada resistênciaresistência dodo fiofio::

22 0,00053024 6 7 0 017R N ltρΩ22 ,24 6,7 0,017

5fiofios

R N ltNρ

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = Ω

Projeto de indutoresProjeto de indutores

99)) PerdasPerdas nono cobrecobre::2 20,017 6 0,614cobre fio LoefP R I W= ⋅ = ⋅ =

1010)) PerdasPerdas totaistotais::

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

1111)) ElevaçãoElevação dede temperaturatemperatura::

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

22,832 0,616 14,066 ototalT Rt PΔ = ⋅ = ⋅ =

Projeto de indutoresProjeto de indutores

1212)) CálculoCálculo dodo fatorfator dede ocupaçãoocupação::

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

fiosneces

N N SAw cm

⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = =

0,688 0,8090 85

necesocup

AwKAw

= = =0,85Aw

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ExercícioExercício dede aplicaçãoaplicação::P j t i d t d lt f üê i i t ifi õProjetar um indutor de alta freqüência com as seguintes especificações.

500 Indutância do indutor;100 F üê i d ã

oL HF kH

μ=

100 Freqüência de operação;2 Corrente de pico;

I 1 8A C t fi

s

Lop

F kHzI A=

=

Loef

Lo

I =1,8A Corrente eficaz;I =0,5A Ondulação de corrente;

k=0 7 Fator de enrolamento;Δ

2

k=0,7 Fator de enrolamento;J=450A/cm Densidade de corrente;B=0 35T Densidade de fluxo máximoB 0,35T Densidade de fluxo máximo.