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UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Sistemas Electrónicos para iluminación
UNIOVI-GEI: Grupo de Electrónica Industrial Manuel Rico Secades
Diseño de Bobinas y transformadores
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ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS
CARRETEFERRITACLIPS Y ELEMENTOS DE MONTAJE
DEVANADOS
Los núcleos en E son los mas habituales
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Otras formas constructivas(Pot, RM, ETD,...)
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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
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)()( 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)
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dt
tdiN
leg
Aedt
td
O
)(1)(
dt
tdN
dt
tdiL
)()(
2Nleg
AeL
O
Derivando tenemos:
Y como:
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Or 2Nle
g
AeL
r
O
)()( tile
g
NtB
r
O
max
r
Omax i
leg
NB
Permeabilidadrelativa
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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
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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
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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
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Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)
2000r
Temperatura de Curie¡Ojo!
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Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)
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Datos de material magnético (p.e. N27 de Siemens)
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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
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Datos del núcleo:
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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%.
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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
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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
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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)
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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.
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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)