Projeto Indutores [Modo de...

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.

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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

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CaracterísticasCaracterísticas dodo núcleonúcleo::

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

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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− − −

−

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= = =

⋅

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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=

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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

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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

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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 = ⋅ = ⋅ =

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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.