Dimensionamento Trafo Fonte Chaveada

[frodrigorocha]

Bom dia pessoal,

Estou trabalhando em uma fonte chaveada e atualmente utilizo o software fornecido pelo fabricante do chaveador para o dimensionamento do transformador.
Porem, gostaria de poder eu mesmo fazer esse dimensionamento, assim gostaria de saber se os amigos poderiam me enviar ou indicar boas literaturas deste assunto.

[fabim]

froid rocha.
Não existe necessariamente um dimensionamento de trafo.
O Brasil é uma porcaria pra isso, então esquece essa tranqueira.

Para fabricantes que prestam, existe tabelas para os tipos de nucleos que são tipo X Y Z.
Estas tabelas tem um coeficiênte por exemplo.

ele cruza X E Y, onde X = frequencia, e Y = potência.
E indicam qual o maximo B de saturação, que por padrão fica entre 0,2 e 0,25 em meio aos fabricantes.
Existem alguns calculos que para dada frequencia ele te da a area transversal do nucleo.
Mas tem o seguinte, relação de numero de espiras, tipo do material IP6 ou 12, saturação de campo magnetico que seria o teto etc.

Os fabricantes de fontes chaveadas, ficam anos estudando a mecanica de nucleos, em frequencias diferentes, e temperaturas diferentes... etc etc. E criam um banco de dados, onde ao que o cliente os procura e informa VP, frequencia, e VS, eles sabem qual nucleo vai atender.

Ou seja, tu se ferrou de verde e amarelo.. uauaua

[Djalma Toledo Rodrigues]

A Microchip disponibiliza um AN com bastante informação sobre o Transformador de Fontes Chaveadas.

Mas, Cálculos não são o suficiente, essse componente esta mais para Arte que para Técnica.

DJ

[frodrigorocha]

Fabim e Djalma, obrigado pela resposta.

Fabim, é este estudo que gostaria de fazer, saber indentificar que núcleo se enquadra para determinada potência, poder calcular o número de espiras levando em conta frequencia de chaveamento, material do núcleo etc, é esta literatura que estou buscando.

[fabim]

Fabim e Djalma, obrigado pela resposta.

Fabim, é este estudo que gostaria de fazer, saber indentificar que núcleo se enquadra para determinada potência, poder calcular o número de espiras levando em conta frequencia de chaveamento, material do núcleo etc, é esta literatura que estou buscando.

Velho, C tem certeza que vai querer mexer com isso ?
Vai perder um **** tempo.

www.smps.com

[MOR_AL]

Fabim e Djalma, obrigado pela resposta.

Fabim, é este estudo que gostaria de fazer, saber indentificar que núcleo se enquadra para determinada potência, poder calcular o número de espiras levando em conta frequencia de chaveamento, material do núcleo etc, é esta literatura que estou buscando.

Bom.
Deixa eu dar a minha opinião.
1 - Os fabricantes nacionais de núcleos magnéticos para fontes chaveadas, dos que eu conheço, parecem que não evoluiram com seus concorrentes estrangeiros.
Hoje, e já tem muitos anos, talvez uns 25, há realmente um excelente livro que trata do cálculo de núcleos magnéticos para transformadores e indutores. O problema é que ele usa diversos parâmetros, que não são apresentados no manual do frabricante do núcleo. O trabalho é que tem-se que calculá-los também, com as poucas informações do manual. Fazer uma tabela para cada núcleo contendo diversos parâmetros.
O livro trata de otimizar transformadores e indutores, no que diz respeito a:
1 - Tamanho do núcleo.
2 - Elevação da temperatura no núcleo.
3 - Perdas de potência no núcleo.
4 - Perdas de potência nos enrolamentos.
5 - Densidade do campo magnético.
6 - Frequência de chaveamento... E talvez mais alguns que no momento me falha a memória.

Para se ter o controle, quase que total, tem-se que calcular mais de 60 equações que regem o comportamento da fonte. Cerca de 25 para a fonte e 45 para o indutor ou transformador.

O livro possui duas edições. A antiga e a nova.
Na antiga, o parâmetro mais relevante é o Ap (Area product), que dava para calcular praticamente todos os núcleos para fontes chaveadas e transformadores e indutores para outras aplicações.
Na nova edição, o parâmetro mais relevante é o Kp, que é o Ap multiplicado por outro parâmeto geométrico do núcleo. Sinceramente. Eu usei ambos e fiquei inclinado a permanecer no Ap.
Na realidade, em fontes chaveadas do tipo flyback, eu faço uma combinação dos dois e mais uma que eu criei.
Particularmente para esse tipo de fonte, eu achei necessário partir de alguns parâmetros diferentes, como tensão de overswing e outros.
Internet é boa para se obter as informações preliminares, mas os livros são imprescindíveis. Encontrei muitos tutoriais na internet. São bons mas não encontrei como nos livros.
Minha expreiência é que, para o cálculo dos núcleos, o livro do Colonel é o melhor.
Cada livro possui um capítulo, que trata melhor uma determinada topologia de fonte, portanto tem que se pesquisar em vários.
Já fiz também o cálculo de indutores para fontes chaveadas, usando as curvas Hanna, baseadas em um paper de 1929. Ele se baseia no fato de que, se você levantar as curvas de um determinado núcleo, então o cálculo do indutor é válido para qualquer forma e tamanho do mesmo, bastando entrar com alguns parâmetros iniciais. Esse é o processo mais rápido e simples para se calcular os parâmetros de um indutor.
O livro a que me refiro é:
"Transformer and Inductor Design Handbook" do autor Colonel Wm. T. McLyman.
Se você pesquisar aqui no fórum, vai encontrar muita coisa interessante a respeito.

PS. Segue abaixo a figura da entrada de dados para o cálculo de uma fonte flyback, que estou fazendo.

Velho, C tem certeza que vai querer mexer com isso ?
Vai perder um **** tempo.

Fabim. Só discordo com o verbo usado "perder". Eu trocaria por "investir". Hehe!!

MOR_AL

[frodrigorocha]

Obrigado pelo comentário MORAL, acredito que li em um outro post que você estava preparando um material tipo tutorial sobre este assunto, se sim, você poderia me encaminhar este material, outra pergunta, essa planilha para cálculo que você está trabalhando, você pretende disponibilizá-la?

Abraço.

[fabim]

http://caveromiranda.hpg.ig.com.br/cursofontes.pdf

[MOR_AL]

frodrigorocha.
Comecei sim a preparar um pequeno tutorial. Solicitei que os interessados respondessem mas o retorno foi mínimo e o trabalho para fazê-lo foi enorme. Daí decidi parar.
Posso lhe encaminhar até onde eu fui. Me mande uma MP com seu email.
Ops! peguei seu e-mail no ícone correspondente. Vou enviar-lhe.
Essa planilha de cálculo está longe de terminar. Fiz a parte de entrada de dados e já possuo a dedução das fórmulas. Inclusive já conferí e até o momento não verifiquei nada de anormal. Este software é destinado a alguma empresa que comercializa os núcleos mas que ainda não possui algo parecido. Portanto a intenção não é de disponibilizá-lo ao público e sim à empresa.
O que falta é fazer as tais tabelas com os dados dos núcleos. Isso dá trabalho e só vale a pena se a empresa, que comercializa os núcleos, se interessar em fazer negócio. Como ainda falta muito, eu vou continuando até ser interessante para a empresa.


Fabim.
Possuo esse tutorial. É um apanhado de fórmulas que regem o comportamento de vários tipos de topologia das fontes chaveadas. Está mais para apresentação didática que para projetar a fonte na prática. Diria que é um item importante na etapa toda. Acho que deve fazer parte das aulas desse professor.
Devemos também levar em conta a parte prática da montagem, tanto da fonte, como principalmente do indutor ou do transformador. Esses dois últimos fazem a diferença entre uma fonte ideal e a real.
MOR_AL

[fabim]

morris, devo cobrar por hora ou pelo projeto ?
Vou receber de você ou dele ?

[MOR_AL]

morris, devo cobrar por hora ou pelo projeto ?
Vou receber de você ou dele ?

Dele...Uai!!
MOR_AL

[Djalma Toledo Rodrigues]

A Complexidade Moral vem de diversos fatores:

O Núcleo é geralmente montado com entreferro.

As Bobinas não se consegue acoplamento cerrado, logo prevalece indutâncias expurias .

E o mais importante a Frequência . Sómente a Senóide possui Frequência

Pulsos possuem um complexo de Freqências.

De modo que Transformadores de Fontes Chaveadas necessitam ser otimizados por tentativas.

Por isso que se diz, estão mais para Arte.

Caso semelhante ocorre com Motores Elétricos, embora de menor complexidade.

DJ

[MOR_AL]

A Complexidade Moral vem de diversos fatores:

O Núcleo é geralmente montado com entreferro.

Isso é válido para o caso de indutores e trafos para fontes flyback. Há um outro caso, para fontes pushpull, em que se introduz um entreferro mínimo (cerca de 25um, ou 1/5 da espessura de uma folha de papel comum). Nesse último caso a finalidade é de fazer com que a curva BxH do núcleo deixe de apresentar a curva retangular e fique mais inclinada, reduzindo o valor da densidade do campo magnético para H = 0. Isso reduz a capacidade do núcleo saturar.

As Bobinas não se consegue acoplamento cerrado, logo prevalece indutâncias expurias .

Isso é fato. Principalmente em fontes alimentadas pela rede. Nesses casos a relação de espiras entre o primário e o secundário é grande, uma vez que a tensão de primário situa-se entre 120Vcc e 350Vcc, e a tensão de secundário situa-se em torno de 5 a 12 Vcc. Com o número de espiras de secundário pequeno, as linhas de fluxo magnético geradas pelo primário não passam todas pelo secundário, causando um menor acoplamento.

E o mais importante a Frequência . Sómente a Senóide possui Frequência

Sim. Mas atente que a corrente retificada no circuito de secundário não é senoidal. Isso gera espúrios.

Pulsos possuem um complexo de Freqências.

De modo que Transformadores de Fontes Chaveadas necessitam ser otimizados por tentativas.

Isso foi há algum tempo. Hoje eu faço um indutor, com erro de cerca de +/- 15% (o que é perfeitamente aceitável para essas fontes), na primeira tentativa. Como informei. Uso as curvas Hanna de um paper de 1929. Peguei um núcleo de ferrite IP6, fiz um trafo 1:1, e ensaiei para diversos gaps. Segui o método do paper e montei a curva para o material IP6. Quando preciso fazer um indutor, simplesmente calculo três fórmulas e tenho todos os dados dele.
Para transformadores, uso o método do livro do Colonel.

Por isso que se diz, estão mais para Arte.

Concordo quanto à arte! A arte é montar o transformador após se conhecer o número de espiras e o núcleo. O enrolamento primário tem que ser intercalado. Dividido em pelo menos duas bobinas em série, "sanduichando" os enrolamentos secundários. Se não fizer isso, principalmente em fontes flyback, a indutância de dispersão fica alta e a tensão Vpk (vide figura anterior) fica muito alta, comprometendo a tensão de bloqueio da chave.

Caso semelhante ocorre com Motores Elétricos, embora de menor complexidade.

DJ

[frodrigorocha]

Pessoal, muito obrigado pelos comentários.

Sei que não é um assunto simples, bem pelo contrário, é muito mais complexo do que eu imaginava, porem, muito interessante.

Como comentei inicialmente, projetei uma fonte utilizando o software do fabricante do chaveador, mandei fabricar o trafo em uma industria local bem reconhecida, montei a placa e sem carga ela se comporta como esperado, porem com carga, ela mantem a tensão de saída somente com 25% da carga total, depois a tensão vai caindo...

Revisei todo o projeto, ficou somente o trafo, pois não tenho literatura pra isso (não tinha).

Abraço,

Fábio Rocha

[MOR_AL]

Pessoal, muito obrigado pelos comentários.

Sei que não é um assunto simples, bem pelo contrário, é muito mais complexo do que eu imaginava, porem, muito interessante.

Como comentei inicialmente, projetei uma fonte utilizando o software do fabricante do chaveador, mandei fabricar o trafo em uma industria local bem reconhecida, montei a placa e sem carga ela se comporta como esperado, porem com carga, ela mantem a tensão de saída somente com 25% da carga total, depois a tensão vai caindo...

Revisei todo o projeto, ficou somente o trafo, pois não tenho literatura pra isso (não tinha).

Abraço,

Fábio Rocha

Qual é a topologia da fonte? Step down (reduz a tensão de entrada na saída), step up (aumenta), flyback, forward, half bridge, full bridge, push-pull?
Quais são as especificações das tensões e correntes de saída?
Qual foi a especificação do trafo? Indutor primário, secundários? Número de espiras do primário, secundários, diâmetro dos enrolamentos, núcleo original, núcleo utilizado na prática?
Quais são os limites da tensão de entrada?
Coloque a foto do trafo, com uma régua ao lado para que dê para saber seu tamanho físico.
MOR_AL