Conversor Forward Projeto do transformador. PCE Projeto de Conversores Estáticos

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Conversor Forward Projeto do transformador PCE Projeto de Conversores Estáticos Versão /03/2015

2 Tópicos Procedimento para projeto do transformador Exercício 2

3 1) Produto das áreas e pré-escolha do núcleo J A A k k A I A p w w p w p_ ef pk w I» I pef A I N p pef D p N J k k I pk w p p D N J k k w p p V A in e df N dt A A w e A A w e I Vin D min N B f p s pk D D Vinmin J k k db df dt Ae dt B w p P out D J k k B f w p s h f 3 s

4 1) Produto das áreas e pré-escolha do núcleo, adicionando 20% de corrente eficaz devido à corrente magnetizante. B em Teslas. P D AeAw 1 J k k B f h out 4, 2 10 w p s B Tesla A J 2 cm WaAc cm D» 0, 45 4 D B» B 4

5 2) Cálculo do número de espiras do primário N p Vin min D A B f e s 3) Cálculo do número de espiras do(s) secundário(s) æ Vo + V D ö ç è Vimin D ø F Ns 1,1 Np V queda de tensão nos diodos, 10% de queda na dispersão e layout. F 4) O enrolamento de desmagnetização pode possuir o mesmo # de espiras do primário se D < 0,5; ou garantir desmagnetização com outra relação entre espiras. 5

6 5) Corrente eficaz no enrolamento primário Ip ef Vi Po min D h D Considerando 20% de acréscimo devido a corrente de magnetização: Po D Ipef 1, 2 Vi min h D 6) Corrente eficaz no lado secundário do transformador Isec ef Po Vo D 6

7 7) Cálculo de seção de cobre necessária para primário ou secundário S cu I ef J 8) Consideração de efeito pelicular e cálculo de bitola máxima do condutor d 7,5 f s (100 graus, cobre) 9) Determinar número de condutores em paralelo (se necessário) Daqui obtém-se a especificação dos condutores! 7

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9 10) Utilizando-se da área do condutor, do número de espiras e do número de condutores em paralelo, verificar possibilidade de execução P exec Scuisopri Np np + Scuiso sec N sec n sec +... Aw 9

10 11) Cálculo das perdas nos enrolamentos por efeito Joule o 6 r c(100 C) cm W 10 - Np MLT Rcc p r Scup np Primário Rcc sec r Nsec MLT Scu sec n sec Secundário P Rccp Ip + Rccsec Isec Joule 2 2 ef ef 10

11 Projeto de transformador - Forward 12) Cálculo das perdas no núcleo Perdas volumétricas (Vn é volume do núcleo) Pmag Pvol Vn 11 fonte: magnetics-inc

12 13) Cálculo da elevação de temperatura 0,833 P tot æ PJoule + Pmag æ ö ö D Tr ç ç As è ø è As ø As: área da superfície externa em cm^2 Ptot: perdas totais em mw 0,833 12

13 Cálculos auxiliares Indutância magnetizante vista pelo primário Lm 2 Np m o m tr Ae le le: comprimento magnético utr: permeabilidade para uma dada temperatura e densidade de fluxo (catálogo do fabricante do núcleo). 13

14 Cálculos auxiliares Indutância magnetizante vista pelo primário Lm 2 Np m o m tr Ae le le: comprimento magnético utr: permeabilidade para uma dada temperatura e densidade de fluxo (catálogo do fabricante do núcleo). 14

15 A indutância de dispersão em conjunto com capacitâncias parasitas do circuito podem produzir sobretensões no interruptor do conversor. Portanto, torna-se interessante estimar o seu valor. Cálculo da indutância de dispersão (para enrolamento convencional) b + b ç a è 3 ø 2 4 p MLT Np æ 1 2 ö -9 Ll c + 10 H [ ] Após a construção do transformador, pode-se medir esta indutância através do ensaio de curto-circuito. 15

16 b + b ç a è 3 ø 2 4 p MLT Np æ 1 2 ö -9 Ll c + 10 H [ ] 16

17 Referências bibliográficas Barbi, I. Projetos de fontes chavedas, ed. do autor, McLyman, C.W., Transformer and Inductor Design Handbook,