• Author / Uploaded
• Brayan

Citation preview

INDUCTORES Ing. Wilmer Benjamín Cañaviri Mendoza 2020

GENERALIDADES 

Cuando a un tramo de alambre se le da la forma de una bobina, según muestra la figura se convierte en un inductor. Los términos bobina e inductor se utilizan indistintamente. La corriente que fluye a través de la bobina produce un campo electromagnético, como se ilustra.

GENERALIDADES 

Las líneas de fuerza magnéticas que están presentes alrededor de cada espira (vuelta) en el devanado de la bobina se suman efectivamente a las líneas de fuerza localizadas alrededor de espiras adjuntas y forman un fuerte campo electromagnético adentro y en torno de la bobina. La dirección neta del campo electromagnético total crea un polo norte y un polo sur.

INDUCTANCIA 



Cuando fluye corriente a través de un inductor, se establece un campo electromagnético. Cuando cambia la corriente, el campo electromagnético también cambia. Un incremento de la corriente amplía el campo electromagnético, y una disminución de la corriente lo reduce. Por consiguiente, una corriente cambiante produce un campo electromagnético cambiante alrededor del inductor.

INDUCTANCIA 





A su vez, el campo electromagnético cambiante provoca un voltaje inducido a través de la bobina en una dirección que se opone al cambio de corriente. Esta propiedad se llama auto inductancia, pero en general se conoce simplemente como inductancia, simbolizada mediante L. La inductancia es una medida de la capacidad que tiene una bobina para establecer un voltaje inducido a consecuencia de un cambio en su corriente, y que dicho voltaje inducido actúe en dirección opuesta al cambio de corriente.

INDUCTANCIA La inductancia (L) de una bobina y la razón de cambio de la corriente (di/dt) determinan el voltaje inducido (vind).  Un cambio de la corriente provoca que cambie el campo electromagnético, el que a su vez induce un voltaje a través de la bobina, como ya se sabe. El voltaje inducido es directamente proporcional a L y di/dt, como establece la siguiente fórmula 

LA UNIDAD DE INDUCTANCIA 



El henry (H)es la unidad básica de inductancia. Por definición, la inductancia de una bobina es de un henry cuando la corriente que fluye por la bobina, que cambia a razón de un ampere por segundo, induce un volt a través de la bobina. El henry es una unidad grande, por ello, en aplicaciones prácticas, los milihenries (mH) y los microhenries (mH) son las unidades más comunes.

ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA 



Un inductor guarda energía en el campo electromagnético creado por la corriente. La energía guardada se expresa como sigue:

Como puede advertirse, la energía guardada es proporcional a la inductancia y al cuadrado de la corriente. Cuando la corriente (I) está en amperes y la inductancia (L) en henries, la energía (W) está en joules.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UN INDUCTOR 

Los siguientes parámetros son importantes al establecer la inductancia de una bobina:



La permeabilidad del material del núcleo



La cantidad de vueltas del alambre



La longitud y el área de la sección transversal del núcleo..

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UN INDUCTOR 

Los siguientes parámetros son importantes al establecer la inductancia de una bobina:



La permeabilidad del material del núcleo



La cantidad de vueltas del alambre



La longitud y el área de la sección transversal del núcleo..

MATERIAL DEL NÚCLEO 





Un inductor es básicamente una bobina de alambre que rodea un material magnético o no magnético llamado núcleo. Ejemplos de materiales magnéticos son el hierro, el níquel, el cobalto, o aleaciones. Estos materiales tienen permeabilidades que son cientos o miles de veces más grandes que la de un vacío y se clasifican como ferromagnéticos.

MATERIAL DEL NÚCLEO 





Un núcleo ferromagnético proporciona una mejor trayectoria para las líneas de fuerza magnéticas y, por tanto, permite obtener un campo magnético más intenso. Ejemplos de materiales no magnéticos son el aire, el cobre, el plástico, y el vidrio. Las permeabilidades de estos materiales son iguales a las del vacío.

PARÁMETROS FÍSICOS 





Como se indica en la figura, la cantidad de vueltas de alambre, la longitud, y el área de sección transversal del núcleo son factores a considerar al momento de establecer el valor de inductancia. La inductancia es inversamente proporcional a la longitud del núcleo y directamente proporcional al área de la sección transversal. Asimismo, la inductancia está directamente relacionada con la cantidad de vueltas de alambre elevada al cuadrado.

PARÁMETROS FÍSICOS 

Esta relación es como sigue:

L es la inductancia en henries (H),  N la cantidad de vueltas de alambre, µ la permeabilidad en henries por metro (H/m),  A el área de la sección transversal en metros al cuadrado,  l es la longitud del núcleo en metros (m). 

PARÁMETROS FÍSICOS

RESISTENCIA DE DEVANADO 





Cuando se elabora una bobina a partir de cierto material, por ejemplo, alambre de cobre aislado, éste tiene cierta resistencia por unidad de longitud. Al utilizar muchas vueltas de alambre para construir una bobina, la resistencia total puede resultar significativa. Esta resistencia inherente se llama resistencia de cd o resistencia de devanado(RW).

RESISTENCIA DE DEVANADO 





Aunque esta resistencia se distribuye a lo largo del alambre, aparece efectivamente en serie con la inductancia de la bobina, según muestra la figura. En muchas aplicaciones, la resistencia de devanado puede ser lo suficientemente pequeña como para ser ignorada y entonces la bobina se considera un inductor ideal. En otros casos, la resistencia debe ser considerada

RESISTENCIA DE DEVANADO

CAPACITANCIA DE DEVANADO 





Al colocar dos conductores uno al lado del otro, siempre existe algo de capacitancia entre ellos. Por tanto, cuando se colocan muchas vueltas de alambre muy cerca una de otra en una bobina, cierta cantidad de capacitancia parásita, llamada capacitancia de devanado(CW), es un efecto colateral natural. En muchas aplicaciones, esta capacitancia de devanado es muy pequeña y su efecto resulta insignificante.

CAPACITANCIA DE DEVANADO 





En otros casos, en particular a altas frecuencias, puede llegar a ser muy importante El circuito equivalente a un inductor, con su resistencia de devanado (RW) y su capacitancia de devanado (CW), se muestra en la figura La capacitancia actúa efectivamente en paralelo.

CAPACITANCIA DE DEVANADO 

El total de las capacitancias parásitas entre cada espira del devanado se indica en un esquema como una capacitancia que aparece en paralelo con la bobina y su resistencia de devanado, como ilustra la figura

LEY DE 



FARADAY

Michael Faraday descubrió el principio de inducción electromagnética en 1831. Encontró que al mover un imán a través de una bobina de alambre se inducía cierto voltaje en la bobina, y que cuando se proporcionaba una trayectoria completa el voltaje inducido provocaba una corriente inducida.

LEY DE 

FARADAY

La cantidad de voltaje inducido en una bobina es directamente proporcional a la razón de cambio del campo magnético con respecto a la bobina.

LEY DE 





FARADAY

Este principio se ilustra en la figura anterior, donde una barra imanada se mueve al través de una bobina de alambre. El voltímetro conectado entre las terminales de la bobina registra un voltaje inducido. Mientras más rápido se mueve el imán, el voltaje inducido es mayor

LEY DE 





FARADAY

Cuando un alambre forma una bobina a partir de cierta cantidad de espiras o vueltas y éstas se exponen a un campo magnético cambiante, se induce un voltaje en la bobina. El voltaje inducido es proporcional a la cantidad de vueltas de alambre localizadas en la bobina, N, y a la razón a la cual cambia el campo magnético. La razón de cambio del campo magnético se designa mediante dϕ/dt, donde ϕ es el flujo magnético.

LEY DE 



FARADAY

La relación dϕ/dt se expresa en webers/segundo (Wb/s). La ley de Faraday establece que el voltaje inducido a través de una bobina es igual a la cantidad de vueltas (espiras) multiplicada por la razón de cambio del flujo, y se expresa en forma concisa como sigue:

TIPOS DE INDUCTORES 



Los inductores son elaborados en una diversidad de formas y tamaños. Básicamente, caen dentro de dos categorías generales: fijos y variables.

TIPOS DE INDUCTORES 



Tanto los inductores fijos como los variables se clasifican de acuerdo con el tipo de material de su núcleo. Tres tipos comunes son el núcleo de aire, el núcleo de hierro, y el núcleo de ferrita.

TIPOS DE INDUCTORES 



Los inductores ajustables (variables) disponen, en general, de un ajuste tipo tornillo que mueve un núcleo deslizante hacia dentro y hacia fuera y, por tanto, cambia la inductancia. Los inductores fijos pequeños se encapsulan con frecuencia en un material aislante que protege el fino alambre de la bobina. Los inductores encapsulados tienen una apariencia similar a un resistor.

TIPOS DE INDUCTORES

INDUCTANCIA TOTAL EN SERIE 



Cuando se conectan inductores en serie, la inductancia total, LT, es la suma de las inductancias individuales. La fórmula para LT se expresa en la siguiente ecuación para el caso general de n inductores en serie:

INDUCTANCIA TOTAL EN PARALELO 

Cuando se conectan inductores en paralelo, la inductancia total es menor que la inductancia más pequeña.

INDUCTANCIA TOTAL EN PARALELO 



La fórmula general establece que el recíproco de la inductancia total es igual a la suma de los recíprocos de las inductancias individuales.

Se puede calcular la inductancia total, LT, tomando el recíproco de ambos miembros de la ecuación.