reguladores magnéticos

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artigo tĂŠcnico

reguladores magnĂŠticos Bruno Baptista1, Marina PerdigĂŁo2 :(*HXUR ,QGÂźVWULD (OÂŤFWULFD 6 $ 0DLD 3RUWXJDO

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Os reguladores magnÊticos têm sido utilizados em diversas aplicaçþes, incluindo controlo de potência reativa, regulação de corrente no controlo de iluminação em sistemas com lâmpadas de descarga ou LED, conversores DC-DC e sistemas MPPT. O seu princípio de funcionamento Ê baseado no ajuste do nível de saturação do núcleo magnÊtico.

1. INTRODUĂ‡ĂƒO 2V UHJXODGRUHV PDJQÂŤWLFRV MÂŁ HUDP XWLOL]DGRV QR VÂŤFXOR ;,; QRV (8$ para controlo de iluminação em teatros. Um pouco mais tarde, pode VH HQFRQWUDU XP DUWLJR GDWDGR GH VREUH DSOLFDŠ¼R HP UDGLRWHOHIRQLD -ÂŁ QDV GÂŤFDGDV GH H GXUDQWH H DSÂľV D ,, JXHUUD PXQGLDO RV UHJXODGRUHV PDJQÂŤWLFRV HUDP XWLOL]DGRV HP YÂŁULDV DSOLFDŠ¡HV FRPR LQWHUUXSWRUHV FRQWURODGRV VDWXUÂŁYHLV HVSHFLDOPHQWH HP navios e aeronaves (controlos de aceleração, servomecanismos, raGDUHV HQWUH RXWURV )RUDP FRQVLGHUDGRV GLVSRVLWLYRV FRQͤ£YHLV FRP EDL[R FXVWR GH PDQXWHQŠ¼R ORQJD YLGD ÂźWLO H ERD WROHU¤QFLD DR FKRTXH PHF¤QLFR YLEUDŠ¼R H KXPLGDGH 6HP SHŠDV PÂľYHLV RV GLVSRVLWLYRV SRGHP VHU KHUPHWLFDPHQWH IHFKDGRV GHQWUR GH XP LQYÂľOXFUR D ͤP GH resistir aos efeitos de condiçþes ambientais adversas. Nos anos 80 e HVVHV GLVSRVLWLYRV WDPEÂŤP IRUDP XWLOL]DGRV HP DOJXPDV DSOLFDŠ¡HV GH EDL[D SRWÂŹQFLD SULQFLSDOPHQWH QDV IRQWHV FRPXWDGDV GH DOWD IUHTXÂŹQFLD $WXDOPHQWH DV OLQKDV GH LQWHUHVVH SDUD D XWLOL]DŠ¼R GHVWHV dispositivos incluem: controlo de corrente em drivers para iluminação, FRQYHUVRUHV GH HOHWUÂľQLFD GH SRWÂŹQFLD SDUD YHÂŻFXORV HOÂŤWULFRV ͤOWURV H FRUUHŠ¼R GR IDWRU GH SRWÂŹQFLD 3)& De seguida, apresenta-se o princĂ­pio de funcionamento, protĂłtipos e resultados experimentais deste tipo de dispositivo.

,3& ,QVWLWXWR 6XSHULRU GH (QJHQKDULD GH &RLPEUD ,6(& '(( 3RUWXJDO

(1 + Ȥ m Č?r

(4)

Äş Äş Äş B Č? 0 Č?r H Č?H

(5)

1DV HTXDŠ¡HV

Č? ĂŠ a permeabilidade magnĂŠtica [H/m], Č? 0 ĘŒ ĂŽ –7 >+ P@ ÂŤ D SHUPHDELOLGDGH PDJQÂŤWLFD GR YÂŁFXR H Č?r ĂŠ a permeabilidade magnĂŠtica relativa.

2V PDWHULDLV DGHTXDGRV SDUD R QÂźFOHR PDJQÂŤWLFR GR UHJXODGRU VÂĽR RV TXH DSUHVHQWDP YDORUHV GH Ȥ m elevados, traduzindo-se em Č?r Âť 1, designados de materiais ferromagnĂŠticos.

Os diferentes materiais ferromagnÊticos apresentam diferentes curvas de magnetização. O comportamento ou resposta do material PDJQWLFR  FU¯WLFR SDUD R SURMHWR GR UHJXODGRU H GHYH VHU VHOHFLRQDGR de acordo com a aplicação pretendida.

1D )LJXUD DSUHVHQWDP VH GXDV FXUYDV % + JHQÂŤULFDV TXH FRUrespondem a dois materiais ferromagnĂŠticos distintos. O material em D FRP XP ODŠR GH KLVWHUHVH HVWUHLWR H EDL[D FRHUFLYLGDGH ÂŤ XVXDOPHQte designado de material “macioâ€?. O material em b) com um laço de KLVWHUHVH PDLV ODUJR H FRHUFLYLGDGH PDLRU ÂŤ GHQRPLQDGR GH PDWHULDO “duroâ€?.

Se o material apresentar um laço do tipo retangular como Figura E D UHDW¤QFLD LQGXWLYD GH XPD ERELQD SRGHU£ VHU DOWHUDGD GH IRUPD DEUXSWD XPD YH] TXH R QŸFOHR ͤFD IDFLOPHQWH VDWXUDGR SRGHQGR VHU XWLOL]DGR FRPR LQWHUUXSWRU LQGXWLYR 3RU H[HPSOR XPD SHTXHQD DOWHUDŠ¼R QR YDORU GD FRUUHQWH GH FRQWUROR SRGHU£ WUDGX]LU VH QXP JUDQGH DXPHQWR RX GLPLQXLŠ¼R GD SRWQFLD GH VD¯GD GH XP VLVWHPD Por outro lado, pode-se utilizar um regulador magnÊtico com material PDFLR FRPR R GD )LJXUD D SURMHWDQGR R UHJXODGRU SDUD RSHUDU QR MRHOKR ]RQD GH WUDQVLŠ¼R GD FXUYD GH PDJQHWL]DŠ¼R 'HVWD IRUPD consegue-se uma regulação da indutância de forma controlada, danGR RULJHP D XPD ERELQD YDUL£YHO UHJXODGD SRU XPD FRUUHQWH WLSLFDmente contínua.

2. FUNDAMENTOS E PRINC�PIO DE FUNCIONAMENTO Para compreender o princípio de funcionamento do regulador magnÊtico deve-se rever algumas relaçþes fundamentais do eletromagnetismo a seguir apresentadas.

A forma como a magnetização responde a um campo aplicado Ê traduzido pela suscetibilidade magnÊtica Ȥ m TXH H[SUHVVD R FRHͤFLHQĺ ĺ te de proporcionalidade entre a Magnetização M [A/m] e o campo H >$ P@ SHOD HTXDŠ¼R

ĺ ĺ M = Ȥm ¡ H

(1)

ĺ ĺ ĺ Por seu turno, o campo B >7@ HVW£ UHODFLRQDGR FRP M e H pelas seguintes relaçþes: Figura 1. Curva B-H [1]: a)material macio; b) material duro.

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Äş Äş Äş B H = – Ȥ m ¡ H Č?0

(2)

Äş Äş Č? 0 (1 + Ȥ m) H = B

(3)

$ FXUYD GH PDJQHWL]DŠ¼R GH XP PDWHULDO IHUURPDJQÂŤWLFR SRGHUÂŁ DSUHVHQWDU XP QÂźPHUR LQͤQLWR GH UHODŠ¡HV HQWUH % H + VHQGR SRU LVVR XP fenĂłmeno difĂ­cil de modelizar. NĂŁo obstante, para o estudo do comportamento do regulador magnĂŠtico ĂŠ possĂ­vel utilizar uma curva de magnetização “normalizadaâ€?, ilustrada na Figura 2. Esta curva ĂŠ uma