TRANSFORMADORES. Processador baseado em um processo de indução mútua

Introdução

Atualmente os pesquisadores da área de eletrônica de potência têm dedicado muitos esforços para aprimorar o processamento de energia, tornando desta maneira, mais eficientes, as fontes de alimentação, para sua aplicação na indústria.

Com este objetivo, houve uma evolução na tecnologia dos semicondutores, e aliado aos avanços tecnológicos houve também uma inovação com a utilização de técnicas de comutação suave nesses elementos. Desta maneira foi possível reduzir as perdas por condução e minimizar as perdas por comutação nos conversores chaveados. Como resultado, existem no mercado fontes de alimentação que atendem aos requisitos de alto rendimento, baixos níveis de interferência eletromagnética, redução de ruídos audíveis, baixo volume, robustez, confiabilidade além de custos reduzidos.

Assim como os semicondutores, os componentes magnéticos cumprem uma função fundamental nas fontes de alimentação, pois eles são os responsáveis pelo isolamento e armazenamento e/ou transferência de energia, ou seja, toda a energia transportada pelo conversor é processada por estes elementos. Vale ressaltar ainda que as perdas e os elementos parasitas existentes no transformador exigem uma atenção especial no projeto pois são fatores determinantes na escolha da freqüência de chaveamento a ser utilizada além de influenciar no seu desempenho e na eficiência total do sistema.

No mercado nacional e internacional existem elementos magnéticos de diferentes tipos de materiais com várias formas e tamanhos que atuam em diversas funções. A escolha do tipo de material magnético depende muito da freqüência de operação. Normalmente em transformadores funcionando em baixas freqüências (50Hz a 400Hz) são utilizados núcleos laminados com chapas de ferro-silício, por outro lado, nos que funcionam em altas freqüências (>1kHz) é utilizado normalmente o ferrite, ambos os materiais são capazes de armazenar energia, transformar tensões e fornecer isolação ou deslocamento de fase, podendo ainda ser usados em circuitos de gate.

Na utilização de componentes magnéticos para alta potência e alta freqüência, existem algumas limitações para encontrar núcleos grandes, pois estes componentes são frágeis podendo sofrer danos devido à vibrações, forças mecânicas, movimentos bruscos ou quedas acidentais. Estão disponíveis para compra apenas núcleos pequenos, que nem sempre são adequados para processar potências elevadas (>3kW).

1 - Definição

O funcionamento do transformador baseia-se no processo de mutua indução entre dois circuitos eletricamente isolados, porem magneticamente interligados. “Martignome, Alfonso, Transformadores 1920”

2 - Funções

Transformador é um dispositivo destinado a transmitir energia elétrica ou potência elétrica de um circuito à outro, transformando tensões, correntes e ou de modificar os valores das Impedância elétrica de um circuito elétrico. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseado nos princípios eletromagnéticos da Lei de Faraday e da Lei de Lenz.

O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos e um circuito magnético, que faz o acoplamento dessas bobinas. Há uma variedade de transformadores com diferentes tipos de circuito, mas todos operam sobre o mesmo princípio de indução eletromagnética.

2.1 – Aplicações - Fonte de alimentação do Switching, fonte de potência do PC, monitor, televisão, equipamento de transmissão, instrumento de navegação, dispositivo de medição, amplificadores magnéticos entre outros

3 – Características

Transformadores de alta frequência possuem as características eletromagnéticas de ampla faixa de freqüência de trabalho (1 KHz a 200 KHz), alta resistividade, e baixa perda. Alta e estável permeabilidade em função do tempo e temperatura de trabalho.

4- Divisão de Potência em Transformadores de Alta Freqüência

Para atender a demanda do mercado atual, a eletrônica de potência está em plena evolução, porém ainda existem limitações tecnológicas de componentes ou topologias que impossibilitam a utilização direta de algumas fontes de potência em certas aplicações.

Quando se utilizam tensões maiores de 500V e/ou correntes maiores de 50A na entrada, ou seja, quando é alto o nível de processamento de potência, torna-se necessário dividir os esforços de tensão e corrente sobre os componentes do circuito. Para isso podem ser adotadas algumas técnicas de associações de semicondutores, de conversores e de transformadores.

A aplicação de técnicas de conexão série e/ou paralelo de semicondutores em conversores CC-CC apresenta como principal desvantagem, a dificuldade de alcançar equilíbrios estático e dinâmico de tensão ou corrente nestes componentes. Sua escolha depende de diversos fatores, entre eles a assimetria entre as impedâncias dos caminhos percorridos pela corrente, o acoplamento de elementos magnéticos, diferenças entre os sinais de controle, tipo de topologia do conversor adotado, etc.

Quanto à associação de conversores, existe um número razoável de métodos conhecidos e alguns já experimentados que envolvem associações de conversores de potência. Além dos cuidados tomados durante a implementação como ocorre na associação de semicondutores, também se deve observar a escolha da topologia adequada à finalidade e especificar o tipo de conexão entre entradas e saídas quando são utilizados conversores isolados. Alguns exemplos de associação de conversores serão mostrados posteriormente.

A simplicidade e a confiabilidade em que os novos componentes magnéticos podem ser usados, também abriram muitas portas no campo da eletrônica, embora, no mercado atual, estejam disponíveis para compra apenas núcleos pequenos que nem sempre são adequados a utilizações onde é necessário processar potências elevadas (>3kW). Então surgiram também as técnicas de associação de núcleos e de transformadores isolados.

4.1 - Núcleo

Embora o material do núcleo seja geralmente referido como sendo de ferro, na verdade quando se destina à utilização em altas freqüências, ele é feito de uma mistura de materiais onde o ferro é apenas um percentual.

A seleção do tipo de material a ser utilizado no núcleo depende da aplicação e da freqüência adotada, estando todos eles sujeitos a limitações. Alguns materiais podem, por exemplo, manter a elevação