projeto de indutores de alta...

Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa CatarinaC ç g S CDepartamento de Eletrônica

Retificadores

Projeto de IndutoresProjeto de Indutoresde Alta Freqüênciade Alta Freqüência

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Florianópolis, outubro de 2007.Florianópolis, outubro de 2007.

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CapítuloCapítulo 2121:: TransformadoresTransformadoresCapítuloCapítulo 2121:: TransformadoresTransformadores1. Projeto de indutores de alta freqüência.

www.cefetsc.edu.br/~petry

Projeto de indutoresProjeto de indutoresProjeto de indutoresProjeto de indutores

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

Projeto de indutoresProjeto de indutoresProjeto de indutoresProjeto de indutores

NúcleosNúcleos usadosusados nana implementaçãoimplementação dede indutoresindutores dede HFHF::p çp ç

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

http://www.mag-inc.com

Projeto de indutoresProjeto de indutores

CaracterísticasCaracterísticas dodo núcleonúcleo::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

Projeto de indutoresProjeto de indutores

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

Projeto de indutoresProjeto de indutores

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

Projeto de indutoresProjeto de indutores

11)) DadosDados dede entradaentrada::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

11)) DadosDados dede entradaentrada::

100 Indutância do indutor;20 F üê i d ã

oL HF kH

μ=

20 Freqüência de operação;10 Corrente de pico;

s

Lop

F kHzI A=

=( )Li t

IΔ

Loef

Lo

I =6A Corrente eficaz;I =1A Ondulação de corrente;Δ t

sT T

2

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

2s

sT

;B=0

7

,35T Densidade de fluxo máximo;=4 10 / / Permeabilidade no vácuoWb A mμ π −⋅o 4 10 / / Permeabilidade no vácuo.Wb A mμ π

Projeto de indutoresProjeto de indutores

22)) EscolhaEscolha dodo núcleonúcleo::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

22)) EscolhaEscolha dodo núcleonúcleo::

10,35 0,03510

LoIB B TIΔ

Δ = = =10LopI

4 6 4410 100 10 10 6 10 0 544o Lop LoefL I I

A A−⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ 40,544

0,7 0,35 450o Lop LoefAeAw cm

k B J= = =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

Núcleo Ae (cm2) Aw (cm2) le (cm) lt (cm) ve(cm3) AeAw (cm4)e ( ) w ( ) e ( ) t ( ) e( ) e w ( )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 1,02E-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 77E 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::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

33)) CálculoCálculo dodo númeronúmero dede espirasespiras::

4 6 410 100 10 10 10 24espiraso LopL IN

−⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = = 24espiras

0,45 1,20e

NB A

= = =⋅ ⋅

44)) CálculoCálculo dodo entreferroentreferro::44)) CálculoCálculo dodo entreferroentreferro::

2 2 2 7 210 24 4 10 1,20 10 0 087o eN Al μ π− − −⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅6

, 0,087100 10

o e

o

lg cmL

μ−= = =

⋅

Projeto de indutoresProjeto de indutores

55)) PerdasPerdas nono núcleonúcleo::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

55)) PerdasPerdas nono núcleonúcleo::

54 10HK −= ⋅104 10EK −= ⋅

( )2 4 2P B K F K F VΔ ( )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 8P − −+( )2,4 5 10 20,035 4 10 20000 4 10 20000 8nucleoP = ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅

2 46P mW= 2,46nucleoP mW=

Projeto de indutoresProjeto de indutores

66)) ProfundidadeProfundidade dede penetraçãopenetração::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

66)) ProfundidadeProfundidade dede penetraçãopenetração::

7,5 7,5 0,053cmΔ = = = ,20000sF

2 2 0 053 0 106Dfio cm= ⋅Δ = ⋅ =2 2 0,053 0,106maxDfio cm= ⋅Δ = ⋅ =

Não poderá ser utilizado condutor com diâmetro maior que 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.

222 0,003255cuA cm=

0 000530 /Ω

222 0,004013S cm=

22 0,000530 / cmρ = Ω

Projeto de indutoresProjeto de indutores

77)) EscolhaEscolha dada seçãoseção dosdos condutorescondutores::

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.

450J

0,013 5SN fios= = =22

50,003255fios

cu

N fiosA

= = =

88)) CálculoCálculo dada resistênciaresistência dodo fiofio::88)) CálculoCálculo dada resistênciaresistência dodo fiofio::

22 0,00053024 6,7 0,0175fioR N lt

Nρ

= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ = Ω5f

fiosN

Projeto de indutoresProjeto de indutores

99)) PerdasPerdas nono cobrecobre::

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 /oRt AeAw C W− −= ⋅ = ⋅ =( ) ( )

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

Projeto de indutoresProjeto de indutores

1212)) CálculoCálculo dodo fatorfator dede ocupaçãoocupação::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

1212)) CálculoCálculo dodo fatorfator dede ocupaçãoocupação::

22 224 5 0,004013 0 688fiosN N SAw cm

⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = = 0,688

0,7 0,7necesAw cm= = =

0 688Aw 0,688 0,8090,85

necesocup

AwKAw

= = =

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ExercícioExercício dede aplicaçãoaplicação::

Projeto de indutoresProjeto de indutores

ExercícioExercício dede aplicaçãoaplicação::Projetar um indutor de alta freqüência com as seguintes especificações.

500 Indutância do indutor;L Hμ= 500 Indutância do indutor;100 Freqüência de operação;

2 Corrente de pico;

o

s

L HF kHzI A

μ=

=

Loef

2 Corrente de pico;

I =1,8A Corrente eficaz;LopI A=

LoI =0,5A Ondulação de corrente;k=0,7 Fator de enrolamento;Δ

2J=450A/cm Densidade de corrente;B=0,35T Densidade de fluxo máximo.

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LaboratórioLaboratório dede indutoresindutores ee transformadorestransformadores..LaboratórioLaboratório dede indutoresindutores ee transformadorestransformadores..

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