UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLÓGICAS

CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA

Laboratório de Eletrônica de Potência – 2012.2

PROJETO FÍSICO DE MAGNÉTICOS

Alunos: Cassio Emanuel Cavalcante

Prof: Raphael Amaral da Camara

Turma: I

Mossoró, Janeiro de 2013

1. Objetivo

Especificar o dimensionamento físico de elementos magnéticos como indutores,

observando as dimensões físicas apresentadas em catálogos de fabricantes.

2. Introdução teórica

O núcleo magnético tem como objetivo prover um caminho adequado para o fluxo

magnético. O ferrite e as lâminas de ferro-silício são os materiais mais utilizados na

construção de núcleos. Apesar das lâminas de ferro-silício são mais usadas em operações de

baixas freqüências as lâminas de ferro-silício são mais adequadas, a elevação da frequência

de operação, as perdas por histerese, bem como a elevação de temperatura tornam

impossíveis o seu uso.

Quanto aos núcleos de ferrite, eles são recomendados para operação em freqüências

mais altas, entretanto, apresentam baixa densidade de fluxo de saturação e baixa robustez a

choques mecânicos, por exemplo.

3. Desenvolvimento

O projeto físico de um indutor foi realizado utilizando o software Mathcad.

Inicialmente foram obtidas as especificações do indutor através da simulação do

conversor Boost no PSIM. Os valores obtidos na simulação foram os seguintes:

valor da indutância máximo valor de pico da corrente no indutor máximo valor eficaz da corrente no indutor freqüência de chaveamento

Posteriormente definiu-se arbitrariamente o máximo valor da densidade de fluxo

(BMAX), sendo este considerado . Especificou-se o valor de densidade de corrente

nos enrolamentos (J), sendo este igual a . Adotou-se um fator de utilização

da área da janela (kW) igual a 0,5.

A rigor, os critérios de projeto adotados devem ser baseados nos limites de

operação dos materiais e na máxima elevação de temperatura admissível. Em um

projeto simplificado, estes parâmetros podem ser definidos de acordo com faixas usuais

de utilização, a saber:

Bmax < 0,35 para ferrites;

J < 450 para enrolamentos com fio de cobre;

Sabendo-se que quanto menor o máximo valor da densidade de fluxo, maior será

o tamanho do núcleo necessário e quanto menor a densidade de corrente nos

enrolamentos, maior será o tamanho núcleo.

4. Questões

4.1. Apresente os resultados de simulação do indutor projetado para um conversor

Boost com as especificações apresentadas no arquivo.

Através dos resultados das simulações obtidas para o conversor Boost, os

dimensionamentos do indutor obtido foram:

A área da janela calculada igual a Número de espiras igual a espiras;

Entreferro igual a

Dimensionamento dos condutores igual a

Para a área da janela calculada o núcleo apropriado é o NEE-42/21/15. Adotando

o fio 26 AWG temos:

Diâmetro do fio sem isolamento Área do cobre sem isolamento

Número de fios em paralelo ;

Cálculo do fator de utilização da janela Como o valor calculado para o fator de utilização da janela foi menor que 0,5,

portanto, a montagem não apresentará problemas de falta de espaço.

4.2. Apresente um sumário do projeto físico do indutor.

Resumindo o projeto físico do indutor de 100 μH, irá necessitar de um núcleo

NEE-42/21/15 (Figura 1).

Figura 1 – Núcleo NEE-42/21/15.

Tabela 1 - Valores típicos dimensionais de núcleos encontrados no mercado.

5. Conclusão

O sucesso na construção e no perfeito funcionamento de um conversor CC-CC

está intimamente ligado com um projeto adequado dos elementos magnéticos. O grande

problema reside no fato de que transformadores e indutores operando em alta freqüência

inserem no circuito de potência uma série de elementos parasitas (não-idealidades), tais

como: indutância magnetizante, indutância de dispersão, capacitâncias entre

enrolamentos, capacitâncias entre espiras, etc. Tais elementos parasitas se refletem em

resultados indesejáveis no funcionamento do conversor. Os resultados mais comumente

observáveis são picos de tensão nos semicondutores, altas perdas e emissão de ruídos

(interferência eletromagnética conduzida e irradiada).

6. Referências Bibliográficas

[1] Ivo Barbi: “Tabela de Fios e Núcleos”, Instituto de Eletrônica de Potência, UFSC –

Florianópolis, 2007.

[2] Ivo Barbi: “Projeto físico de indutores e transformadores”, Instituto de Eletrônica de

Potência, UFSC – Florianópolis, 2002.