7. VEDLEGG
7.2. Tabell 2: Inkluderte artikler
A fonte de alta tens˜ao e de alta frequˆencia ´e o elemento principal da fonte. Esta etapa consiste basicamente em um inversor ressonante paralelo, ou seja, um circuito eletrˆonico que converte uma tens˜ao de corrente cont´ınua pulsada em uma tens˜ao de corrente al- ternada. Ela ´e composta basicamente de uma etapa que produz o sinal adequado e de uma etapa de potˆencia. O circuito que produz o sinal retangular utiliza um componente especial para este fim. Este componente ´e o circuito integrado XR-2206, fabricado pela EXAR, e que consiste basicamente em um gerador de fun¸c˜oes com capacidade de operar na faixa de frequˆencia que vai de 1Hz at´e 100kHz. A Figura A.4 mostra o circuito es- pec´ıfico da etapa geradora do sinal, configurada especificamente para produzir um sinal retangular, com amplitude de sa´ıda de 3 Volts, em duas faixas de frequˆencia, de 1kHz e de 10kHz, selecionadas atrav´es do seletor S1 mostrado no circuito. Para o ajuste da frequˆencia de sa´ıda utiliza-se o potenciˆometro P1. Com este componente pode-se ajustar a frequˆencia de sa´ıda entre 1Hz `a 1kHz e 1kHz `a 10kHz.
Figura A.4 – Etapa de gera¸c˜ao e controle do sinal.
Logo ap´os o est´agio de gera¸c˜ao do sinal ´e colocado uma etapa para amplificar o sinal de sa´ıda. Desta forma, o sinal gerado pode ser utilizado para o pr´oximo est´agio que
necessita de uma potˆencia maior do sinal do que o que ´e gerado pelo circuito. No circuito constru´ıdo, mostrado na Figura A.5, existe a possibilidade de ajustar livremente o ganho do circuito integrado. No entanto, o circuito foi ajustado para amplificar o sinal de entrada, de valor igual `a 3 Volts, para um valor de sa´ıda igual `a 12 Volts. Desta forma, este sinal estar´a adequadamente condicionado para exitar a pr´oxima etapa da fonte. O circuito integrado utilizado nesta etapa foi o amplificador operacional LM741, que est´a adequadamente dimensionado neste caso j´a que a aplica¸c˜ao n˜ao ´e cr´ıtica.
Figura A.5 – Etapa amplificadora do sinal gerado.
A.4
Etapa de Potˆencia
A etapa de potˆencia da fonte de alta tens˜ao e de alta frequˆencia ´e conectada na sa´ıda da etapa geradora do sinal retangular e aplica o sinal, de potˆencia, diretamente em um transformador elevador de tens˜ao, neste caso uma bobina de igni¸c˜ao utilizada em motores a combust˜ao interna. Esta bobina tem por caracter´ıstica fundamental aumentar por um fator de at´e 1.500 a tens˜ao el´etrica aplicada em seu enrolamento prim´ario. Para tanto,
a bobina utilizada cont´em um enrolamento prim´ario com 200 espiras e um enrolamento secund´ario com aproximadamente 100.000 espiras. Um componente ´e o respons´avel pela chaveamento do sinal de baixa potˆencia para um sinal de alta potˆencia. Este componente ´e IRFZ-48 que consiste em um HEXFET de potˆencia fabricado pela International Rec- tifier (ver Figura A.6). Este componente tem por caracter´ısticas principais suportar uma corrente de at´e 64 amperes em opera¸c˜ao cont´ınua. No entanto, este componente dissipa uma potˆencia de aproximadamente 50 Watts, o que levou este componente ser montado em um grande dissipador de calor com ventila¸c˜ao for¸cada. A Figura A.7 apresenta o esquema el´etrico da etapa de potˆencia.
Figura A.6 – Etapa de Potˆencia da Fonte de Alimenta¸c˜ao.
Figura A.7 – Etapa de Potˆencia da Fonte de Alimenta¸c˜ao.
at´e a faixa dos kVolts. Estas bobinas apresentam uma boa resposta em frequˆencia para a tens˜ao de alimenta¸c˜ao de seu prim´ario, embora s˜ao mais indicadas para trabalharem com frequˆencias menores. Para contornar isto e melhorar eficiˆencia neste est´agio, com um aumento na capacidade de suporte a corrente el´etrica, estas bobinas foram montadas em paralelo. A Figura A.8 apresenta a forma como isto foi feito, enquanto a Figura A.9 mostra estas bobinas montadas em um suporte de madeira, indicando as respectivas entradas e sa´ıdas de tens˜ao.
Figura A.8 – Esquema de liga¸c˜ao das duas bobinas de alta tens˜ao
Para finalizar, foi constru´ıdo um simples frequenc´ımetro que foi, por sua vez, ligado junto a sa´ıda do de tens˜ao do gerador de sinal. Desta forma, foi poss´ıvel monitorar a frequˆencia na qual a tens˜ao de sa´ıda se encontrava atrav´es de um display de cristal l´ıquido localizado no painel do equipamento. A Figura A.10 apresenta o circuito eletrˆonico deste equipamento. J´a a Figura A.11 apresenta o equipamento gerador de sinal completamento, com os controles e o display de LCD no painel principal.
Figura A.9 – Equipamento Gerador do Sinal e Etapa de Potˆencia
Figura A.10 – Etapa Indicadora da Frequˆencia de Sa´ıda da Fonte
A.5
Calibra¸c˜ao e Ajustes
Foi realizado um levantamento experimental para se obter a rela¸c˜ao entre a tens˜ao de entrada e a tens˜ao de sa´ıda da fonte. Para tanto, a fonte foi ligada a um simples par de eletrodos planos feitos com folhas de alum´ınio, ambos com 150mm de comprimento e 15 mm de largura, separados por uma placa de acr´ılico de 3mm de espessura. Um sonda de alta de tens˜ao (ver Apˆendice B) foi conectada em uma das sa´ıdas da fonte, para fornecer uma tens˜ao reduzida que, por sua vez, foi levada at´e a uma das entradas de um oscilosc´opio digital. Desta forma, foi poss´ıvel medir o valor de tens˜ao da sa´ıda da fonte
Figura A.11 – Equipamento Gerador do Sinal e Etapa de Potˆencia
de alta tens˜ao para diversos valores de tens˜ao fornecidos pela fonte de alimenta¸c˜ao. As Figuras A.12, A.13, A.14, A.15, A.16 e A.17 apresentam os resultados para os diversos casos estudados. J´a a Figura A.18 apresenta de forma expl´ıcita a rela¸c˜ao entre os valores de tens˜ao de alimenta¸c˜ao da fonte e a tens˜ao de na sa´ıda dos transformadores. Esta rela¸c˜ao pode ser melhor analisada segunda a seguinte equa¸c˜ao.
Usaida = 1, 0120 + 0, 2399Uentrada (A.1)
Figura A.13 – Tens˜ao no eletrodo externo com tens˜ao na fonte C.C. de 10 Volts.
Figura A.15 – Tens˜ao no eletrodo externo com tens˜ao na fonte C.C. de 20 Volts.
Figura A.17 – Tens˜ao no eletrodo externo com tens˜ao na fonte C.C. de 30 Volts.