Conceptos básicos del inductor

Conceptos básicos del inductor

 

Introducción

El inductor consiste en un cable enrollado alrededor de un núcleo de material de ferrita que incluye un espacio de aire. El inductor almacena la energía en forma de campo magnético. El inductor tiene muchas propiedades eléctricas cuando está sujeto a un campo magnético.

Una de las propiedades importantes de este inductor es que cada vez que la corriente fluye a través del cable crea el campo magnético a su alrededor. Si enrollamos el cable, el campo magnético es más fuerte. Cuando la corriente eléctrica fluye a través de la bobina, el flujo magnético aumentará exponencialmente y se estabilizará en un punto particular, luego almacenará la energía eléctrica en forma de energía magnética. Cuando se detiene el suministro eléctrico, la energía magnética disminuirá exponencialmente y volverá a ser energía eléctrica. Por esto podemos decir que almacenará temporalmente la energía. Cuanto más rápido sea el cambio en el campo magnético, la fem inducida o el voltaje serán mayores. Para conocer la relación de flujo actual y magnético, háganos saber la Ley de Lenz.

Ley de Lenz

Antes de ir a la Ley de Lenz, primero tenemos que saber sobre la Ley de inducción de Faraday. Establece que la magnitud de la fem inducida en la bobina es igual a la tasa de cambio del flujo que se vincula con la bobina. Esto se equipara como se muestra a continuación

ᶓ α dΦ/dt

Mientras que el producto del número de vueltas en la bobina y el flujo relacionado con la bobina nos da el enlace de flujo.

La Ley de Lenz establece que una fem se genera por cambio en el flujo magnético como se establece en la ley de faraday. La polaridad de esta fem inducida es tal que produce una corriente tal que el campo magnético se opone al cambio que lo produce.

ԑ =-N (∂ΦB/∂ t)

Donde ∂ΦB = cambio en el flujo magnético

ԑ = inducida emf

N = no. de vueltas

A = Área de la bobina

u = permeabilidad del núcleo.

L = Longitud de la bobina

di/dt = Velocidad de cambio de la corriente en el bobina.

Trabajo del inductor

Cuando la corriente eléctrica es fluyendo en la bobina, la bobina acumulará el campo magnético alrededor de ella. En el momento de construir el campo, la bobina habita el flujo de corriente y una vez que el campo está construido, la corriente puede fluir normalmente a través del cable. Debido a esta razón, habrá un aumento exponencial en el flujo magnético antes de alcanzar el estado estable. Cuando se apaga la corriente eléctrica, el campo magnético alrededor de la bobina mantendrá el flujo de corriente en la bobina hasta que el campo colapse. Esto hace que la corriente eléctrica disminuya exponencialmente antes de que llegue a su estado real.

Cuando el cable se enrolla como una serie de bucles continuos, se llama solenoide. En este tipo, la intensidad del campo magnético aumentará o disminuirá con las corrientes ascendentes y decrecientes, respectivamente. Es similar al efecto del imán de barra pero con la intensidad de campo variable.

campo magnético producido por una corriente eléctrica en barra magnética y bobina

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Inductor Symbols

El símbolo de Air core

inductor

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El símbolo para Iron core

schemeit-project ( 4)

El símbolo para Núcleo de Ferrita

 schemeit-project (5)

El símbolo para Núcleo variable

 schemeit-project (6)

Inductancia del Inductor

La inductancia es propiedad de un Inductor. La corriente generada en el inductor debido al campo magnético es proporcional a la velocidad de cambio del campo magnético que se denomina inductancia. Cuanto mayor sea el valor de inductancia, más el inductor se resistirá a los cambios repentinos en la corriente.

La inductancia está dada por L = μN2A/l

Donde

L- Inductancia de la bobina.

μ- Permeabilidad del núcleo.

N-Número de tuns en la bobina

A-Área de la bobina.

l-Length del inductor.

Autoinductancia

Un cambio en la corriente causa un cambio en la tensión en ese circuito debido al flujo magnético generado por el flujo de corriente. Simplemente la inductancia dentro de la bobina nos da autoinductancia. Las bobinas son el mejor ejemplo del efecto de autoinductancia.

Inductancia mutua

Un cambio en la corriente en un circuito causa el cambio en la tensión del próximo circuito. La conexión del campo magnético entre ambos circuitos conduce a la inductancia mutua. Los transformadores son el mejor ejemplo para el efecto de inductancia mutua.

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Inductores en serie

When ‘n’ número de inductores conectados en serie; el valor de la inductancia total es la suma de todas las inductancias individuales.

 schemeit-project (3)

Ltotal = L1 + L2 +… + Ln

Inductores en paralelo

Cuando ‘n’ números de inductores están conectados en paralelo, el valor de la inductancia total es bajo y se equipara de la siguiente manera

 schemeit-project (2)

Ltotal = 1/((1/L1) + (1/L2) +.. + (1/Ln))

Si observamos estas dos ecuaciones, estas son muy similares a las resistencias conectadas en serie y en paralelo.

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Unidades de inductancia

La unidad SI de inductancia es Henry. Lleva el nombre del físico estadounidense Joseph Henry. Esto se denota por ‘H’.

Un Henry no es más que la velocidad de cambio de la corriente en un circuito es de un amperio por segundo, luego la fem resultante es de un voltio. Esto se equipara como

H = (Vs)/A = Wb/A.

Donde V = Voltios, s = segundo, Wb = Weber, y A = Ampere.

Prefijos de inductancia

1mH = 1 milli-Henry = 10-3 H

1μH = 1 micro-Henry = 10-6 H

1nH = 1 nano-Henry = 10-9 H

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Factores que influyen en la inductancia

1.Material del núcleo

Uno de factor importante que afecta el valor de la inductancia es la permeabilidad. Si la permeabilidad magnética del núcleo es mayor, la inductancia es mayor y si esta permeabilidad del núcleo es menor, la inductancia también es menor. Porque un núcleo con mayor permeabilidad generará una mayor cantidad de flujo magnético para cualquier cantidad dada de fuerza de campo.

 núcleo de la bobina

2.Número de vueltas del inductor

Si aumenta el número de vueltas del inductor, también aumenta la inductancia. Porque para cualquier cantidad dada de corriente, la cantidad de flujo magnético generado siempre es mayor, si el inductor consiste en más vueltas.

no of turns

3. Longitud de la bobina

Si la longitud de la bobina aumenta, la inductancia disminuye. Si la longitud disminuye, la inductancia aumenta. Para cualquier cantidad de corriente dada, para una mayor longitud de la bobina, el flujo magnético generado resulta en una mayor oposición a la generación de ese flujo.

longitud de la bobina

4.Área de la bobina

Tomando el área de la sección transversal de la bobina, si el área aumenta la inductancia aumenta y si el área disminuye, el valor de la inductancia disminuirá comparativamente. A medida que el área aumenta, se induce más flujo y la inductancia es mayor.

 área de la bobina

El valor de la inductancia también puede verse afectado por los efectos externos causados ​​por los otros cables y componentes que están cerca del inductor, una vez que se ensamblan en el circuito. Para obtener un valor de inductancia preciso, debe calcularse el valor aproximado de la inductancia.

Consideremos una bobina solenoide con una sola capa de vueltas con algún diámetro del cable y los giros se colocan de forma pareja a la fórmula típica para aproximarse el valor de la inductancia se da de la siguiente manera.

L = (d2n2)/(l + 0.45d)

Donde

d = diámetro de la bobina en metros.

n = no. de vueltas en la bobina.

L = inductancia en henry.

l = longitud de el cable en metros.

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Current, Voltage and power calculation

El voltaje en un inductor dependerá de la velocidad de cambio de corriente a través del inductor. Cada vez que se crea el cambio, el cambio inicial se opone a la fem inducida. La fem inducida en la bobina será la misma, pero la tensión actuará como una fuente con corriente creciente y la tensión actuará como una carga con corriente decreciente.

El trabajo realizado por la fuente para mantenerse actualizado fluir a través de la bobina contra la fe inducida es poder. Se da como

P = d/dt (½ (L x I2)).

La densidad del campo magnético B (t) que se mide en tesla es igual a la intensidad del campo magnético H (t), multiplicada por la permeabilidad del núcleo magnético ‘μ’.

Esto se da como

B (t) = μ x H (t).

Flujo magnético que se mide en webers, igual a la densidad de flujo magnético B (t), multiplicado por el área de la sección transversal del núcleo ‘Ac’.

Esto se da como

Φ (t) = Ac x B (t).

La energía almacenada en un inductor es igual a la cantidad de trabajo realizado para establecer el flujo de corriente a través del inductor y generar flujo magnético.

Esto se da como

E = ½ (L x I2)

Donde

L = Inductancia,

I = flujo de corriente a través del inductor y

E = Energía almacenada.

Ejemplo

Let Consideramos que el siguiente circuito con la corriente que fluye a través de la bobina es de 5 A.

 schemeit-project (9)

Si el interruptor se abre durante 15 milisegundos, luego la fem inducida en la bobina se da como

VL = L di/dt = 0.5 (5/0.015) = 166 voltios

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Factor de calidad

Dado que los inductores están formados por un cable metálico eléctricamente conductor, lo harán tener una resistencia en serie. Esta resistencia en serie generará calor al convertir la corriente eléctrica que fluye a través de la bobina. Debido a este calor, la sensibilidad del inductor disminuye. Por lo tanto, el factor de calidad no es más que la relación entre la inductancia y la resistencia. Esto se da como

Q = ω L/R

Donde

Q = factor de calidad

ω = frecuencia angular (Hz)

L = inductancia (H)

R = resistencia (Ω)

Atrás EMF generado en un inductor: El EMF producido en el inductor dependerá de la las corrientes de fuente que es la corriente es AC o DC.

La fem autoinducida VL =- L di/dt es aplicable solo para la corriente AC porque habrá una tasa de cambio de corriente que es di/dt no igual a cero. Si el flujo de la corriente del inductor es constante, es decir a corriente continua, el di/dt es cero. En esta etapa, el inductor actúa como una pieza de cable.

Constante de tiempo de un inductor: consideremos el circuito como se muestra a continuación con un inductor y un interruptor abierto.

schemeit-project (7)

Como el interruptor está abierto, no habrá flujo de corriente en el circuito. Por lo tanto, la velocidad de cambio del di/dt actual es cero en esta condición. Sabemos que cuando di/dt es cero no hay fem autoinducida en el circuito.

Cuando cerramos el interruptor, la corriente fluirá a través del circuito y lentamente subirá a su valor máximo a la velocidad determinada por la inductancia del inductor. La tasa de corriente que fluye a través del inductor multiplicado por la inductancia nos da VL. Por lo tanto, habrá una fem autoinducida (VL) en el circuito y este valor depende del valor de la inductancia del inductor en el circuito VL = L di/dt. Este VL luchará contra la tensión aplicada hasta que la corriente alcance su valor máximo y alcanza el estado estacionario. En esta etapa, solo existirá resistencia a las bobinas D.C para oponerse al flujo de corriente. Debido a que en el inductor de CC, la variación de la corriente tiene lugar solo durante el estado de transición que va de cero a máximo y máximo a cero. Como DC es un componente de frecuencia cero, el circuito no ofrece ninguna reactancia en estado estable.

De nuevo, cuando se abre el interruptor, la corriente que fluye a través del circuito caerá, pero el inductor luchará nuevamente contra este cambio. y tratar de mantener la corriente fluyendo en su valor anterior induciendo la tensión en la otra dirección.

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Aplicaciones de inductores

  1. El inductor con inductancias en el rango nano-henry solo filtrará frecuencias muy altas, es decir, superiores a 100 MHz, por lo que se utilizan principalmente en circuitos de radiofrecuencia como el antiguo boom box de la década de 1980.
  2. Los inductores en el rango micro-henry filtran las frecuencias de unos 50 KHz a unos pocos MHz. Estos son típicamente utilizados en fuentes de alimentación de CC para suavizar el voltaje.
  3. Los inductores en el rango mili-henry son muy efectivos y se utilizan en circuitos de cruce de audio para separar los sonidos de baja y alta frecuencia.
  4. Inductor actúa idealmente como un filtro de paso bajo ya que la impedancia de un inductor aumenta a medida que aumenta la frecuencia de una señal.
  5. Como el inductor detectará los campos magnéticos desde una distancia, estos se utilizan en sensores inductivos. Estos sensores inductivos se utilizan en la señalización del tráfico para detectar la cantidad de tráfico.
  6. Al combinar dos inductores que tienen un campo magnético compartido, actuará como el transformador. Estos transformadores de base inductiva son aplicables solo a frecuencias más bajas.
  7. En aplicaciones de velocidad fija se usan motores inductivos.

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