diseño de bobinas y transformadores - unioviedo.es · diseño de bobinas y transformadores....

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Diseño de Bobinas y transformadores

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

CARRETEFERRITACLIPS Y ELEMENTOS DE MONTAJE

DEVANADOS

Los núcleos en E son los mas habituales

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Otras formas constructivas(Pot, RM, ETD,...)

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

g

leAe

N

i(t)

O

APROXIMACIÓN A UN TOROIDE EQUIVALENTE

/2 /2

Es aplicable a todas las formas de ferritaU, E, POT, RM, ETD, etc

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

)()( tiNldtH

)()( tiNleg

tBo

S

dStBt )()(

Ae

ttB

)()(

DISEÑO SIMPLIFICADO DE INDUCTANCIAS (MÉTODO DEL TOROIDE EQUIVALENTE)

g

leAe

N

i(t)

O

)()( tHtB

(Justificación de las fórmulas)

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

dt

tdiN

leg

Aedt

td

O

)(1)(

dt

tdN

dt

tdiL

)()(

2Nleg

AeL

O

Derivando tenemos:

Y como:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Or 2Nle

g

AeL

r

O

)()( tile

g

NtB

r

O

max

r

Omax i

leg

NB

Permeabilidadrelativa

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

2Nle

g

AeL

r

O

max

r

Omax i

leg

NB

max

max

i

NAeBL

m

HO

7104

Permeabilidad del aire:

g

leAe

N

RESUMEN DE ECUACIONES OBTENIDAS

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Como normalmente r es grande las formulas a utilizar se pueden simplificar:

imax

NAeBmaxL

imaxg

NBmax O

Incógnitas:

N y g

g

leAe

N

FORMULAS SIMPLIFICADAS

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos habituales:

Del circuito: imax, L

Del material magnético que voy a utilizar: Bmax, r

Del tipo de núcleo: Ae, le

Incógnitas:

N y g

Comprobaciones y decisiones posteriores:

•Tipo de hilo a utilizarPérdidas el el cobreComprobar que cogen

•Pérdidas en el núcleo

2

2

2

rms

hilo

mediaCUCU i

D

NLP

mCU 81007,2

Cobre recocido industrial a 20ºCaumenta un 0,39% cada ºC.

a 100 ºC vale 2,03. 10-8

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)

2000r

Temperatura de Curie¡Ojo!

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)

Wm

kW

mm

mmm 6.1400

10

14000

339

33

Ejemplo:

núcleo E30 4000 mm3

con Bmax de 300 mT

Pérdidas en el núcleo = 1.6 WE30 con Bmax 300 mT a unafrecuencia de 25 KHz y a 30ºC

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos del núcleo:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos del núcleo:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos del núcleo:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos del núcleo:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Datos del núcleo:

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Comentario: Espacio que tenemos para devanar

Área de ventana (Aw)

NOTA:Los carretes suelen daruna información masprecisa del área realmentedisponible para devanar

WHILO AN

2

2

Debe de verificarse obviamente

IMPORTANTE:Debido a que nos es posible aprovechar todo el espacio, el espacio perdido por el carrete, los aislantes y las imperfecciones en el empaquetado. El aprovechamiento del área de ventana ronda el 50%.

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Comentario respecto al entrehierro (g)

Entrehierro central.Productos finales.

Rebajes estandarizados en la pata central del núcleo

g = gCENTRAL

Entrehierro lateralPrototipos.

Núcleos sin rebajes

g = 2. gLATERAL

gCENTRAL gLATERAL

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

UO-M2T: Programa gratuito de simulación de elementos magnéticos.

Permite comprobar el diseño realizado sin construir el elemento magnético Proporciona un circuito equivalente para ser utilizado en PSPICE Incluye efectos de alta frecuencia y pérdidas en el núcleo y en el cobre Es muy sencillo de utilizar Se puede descargar en: www.ate.uniovi.es

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Comentario al diseño de transformadores

g

leAe

N2

N1

N1 : N2

Lm = K. N12

Transformador ideal

Inductancia Magnetizante.

La inductancia magnetizante representa al núcleo.

Puede pasarse al otro lado del transformador:

L'm = K.N22 (Notar que la K es la misma en ambos casos)

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Efectos en alta frecuencia

EFECTO SKIN

Baja frecuencia

La corriente se distribuye uniformemente por el conductor

Alta frecuencia

La corriente tiende a circular por la periferia(mal aprovechamiento de cobre)

f

K

2

EXTI

7,2

EXTEXT I

e

I

Profundidad Skin

Para el cobre a 100 ºC tenemos

Hzf

cm5,7

HILO LITZ:hilo de varios conductores aislados entre si.

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Sistemas Electrónicos para iluminación

UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades

Efectos en alta frecuencia

Efecto proximidad: Influencia de unos devanados en otros (transformadores)

La corriente tiende a circular por uno de los lados del conductor

La combinación del efecto SKIN y del efecto proximidad implica un mal aprovechamiento de los devanados a frecuencia elevadas y puede llegar a ser un problema importante

El entrelazado de los devanados (interleaving) reduce el efecto proximidad.

Reducir el número de capas superpuestas es también beneficioso.

COMENTARIO: Algunas veces el aumentar la sección del hilo redunda en mayores perdidas (aumento del número de capas)