Inductancia eléctrica.

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1 Inductancia eléctrica

2 Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

3 El inductor consta de las siguientes partes:
Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica. Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina. Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar. Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor. Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al entrehierro. Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran potencia. También pueden fabricarse pequeños inductores, que se usan para frecuencias muy altas, con un conductor pasando a través de un cilindro de ferrita o granulado.

4 La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía, , almacenada por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una corriente de intensidad I, viene dada por: Una variación de la intensidad de corriente (𝒊 𝒕 =∆𝑰/∆𝑻) dará como resultado una variación del campo magnético y, por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. Esta fuerza electromotriz, de acuerdo con la Ley de Lenz, se opondrá a la causa que lo origina, esto es, la variación de la corriente eléctrica, por ello suele recibir el nombre de fuerza contralectromotriz. Su valor viene dado por la siguiente ecuación diferencial: Donde, el signo menos indica que se opone a la causa que lo origina.

5 Sea una bobina o solenoide, constituido por un conductor de longitud l y sección S, y que ha sido devanado en N espiras, por el que circula una corriente eléctrica i(t). Aplicando la Ley de Biot-Savart que relaciona la inducción magnética, B(t), con la causa que la produce, es decir, la corriente i(t) que circula por el solenoide, se obtiene que el flujo magnético Φ(t) que abarca es igual a:

6 A la expresión se le denomina coeficiente de autoinducción, L, el cual relaciona la variación de corriente con la f.e.m. inducida y, como se puede ver, depende de la geometría de la bobina y del núcleo en la que está devanada. Se mide en henrios. La bobina ideal puede referirse a partir de la ecuación siguiente: Donde, L es la inductancia, u(t) es la función diferencia de potencia aplicada a sus bornes e i(t) es la intensidad resultante que circula.

7 Circuito en Serie En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas o inductores que están conectadas en serie o paralelo. Se presenta de seguidamente el método a seguir para su simplificación. El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de inductores en serie es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario sumarlas. En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie. La fórmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores): LT = L1 + L2 + L3. ESto queda muy bien para este caso particular. Pero si se quisiera poner más de 2 o 3 inductores, se usaría la siguiente fórmula: LT = L1 + L2 + L3 +……+ LN, donde N es el número de bobinas colocadas en serie.

8 Circuito en Paralelo El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con condensadores en paralelo. El caso que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente fórmula: 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de inductores, con la siguiente fórmula: 1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + …. 1/LN, donde N es el número de inductores que se conectan en paralelo.

9 Circuito Mixto Cuando se conectan inductores en serie, la inductancia total aumenta. Cuando se conectan en paralelo, la inductancia total disminuye. Para la combinación en serie-paralelo de inductores, la inductancia total se determina igual que la resistencia total en circuitos resistivos.

10 Tipos de inductores

11 Inductor de Núcleo de Aire
El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Este tipo de bobinas tienen baja incubación y se utilizan para señales de alta frecuencia como por ejemplo circuitos de radio, tv, transmisores.

12 Inductor de Núcleo de Hierro
Cuando se requiere un valor alto de inductancia se utiliza núcleo de hierro ya que de esta manera se crea un mayor efecto magnético que cuando tenemos el núcleo de aire. Este núcleo se fabrica en forma de láminas generalmente en forma de “E” e “I” con el fin de evitar pérdidas de energía en el proceso de inducción. Estas bobinas se utilizan principalmente como filtros en fuentes de poder o en las lámparas fluorescentes donde reciben el nombre de “balastos”.

13 Inductor de Núcleo de Ferrita
El núcleo de ferrita se está utilizando mucho actualmente en electrónica ya que con él se pueden fabricar bobinas de alta inductancia y pequeño tamaño, lo mismo que bobinas para trabajar en circuitos de alta frecuencia. La ferrita es un compuesto formado con polvo de óxido de hierro mezclado con otros componentes y revestido con material aislante, el cual se aglutina y comprime hasta quedar en forma sólida. Los núcleos de ferrita se fabrican en forma de varilla, en “E”, en dos medias “Es” o en forma de toroide. Las bobinas con núcleo de ferrita se utilizan en diversas aplicaciones como bobinas de antena en radios, como choques o filtros de alta frecuencia en circuitos sintonizados o fuentes de poder.

14 Inductores acoplados Son un par de inductores colocados en la proximidad entre sí, de manera que sus campos magnéticos influyen entre sí. Un transformador es un ejemplo de un par de inductores acoplados. En un transformador, la corriente alterna se aplica a uno de los inductores, que genera un campo magnético. Este campo magnético influye en el otro inductor, que produce un campo magnético y la corriente alterna de su propio. La tensión de salida depende de la relación entre el número de espiras en los dos inductores.

15 Inductores multicapa En un inductor de múltiples capas, la bobina se enrolla alrededor de las varias veces de núcleo. Cada capa está separada por una capa de aislamiento. Debido a que los inductores de múltiples capas tienen más devanados que un inductor de una sola capa del mismo tamaño, que tienen un valor de inductancia más alta. La inductancia es el grado en que un inductor se resistirá a un cambio en la corriente mediante la generación de un campo magnético.

16 Inductores de montaje en superficie
Algunos inductores se moldean en un aislante de plástico o cerámica, con los conductores del inductor se conecta a los terminales en el caso. Estos inductores son a menudo muy pequeños y están diseñados para ser montado en una placa de circuito.

17 Bobinas toroidales Las bobinas toroidales tienen una forma geométrica especial para su núcleo fabricado de ferrita y debido a esa forma presentan una gran eficiencia. Actualmente se utilizan con mucha frecuencia en circuitos de filtro y en todo tipo de transformadores.

18 Bobinas variables Las inductancias variables se requieren para ciertas aplicaciones especiales y están provistas de un sistema por el cual se pueden cambiar sus características principales como el número de vueltas o espiras, o la posición del núcleo.