Inductor

Figura 1: Inductores, també cridats bobines.

Un inductor, bobina o reactor és un component passiu d'un circuit elèctric que, pel fenomen de l'autoinducció, almagasena energia en forma de camp magnètic.

Igualment es definix com inductor, també cridat bobina, estrangulador o reactor, és un component elèctric passiu de dos terminals que almagasena energia en un camp magnètic quan la corrent elèctrica fluïx a través d'ell. Un inductor sol consistir en un cable aïllat enrollado en una bobina. Quan la corrent que circula per la bobina canvia, el camp magnètic que varia en el temps induïx una força electromotriz. (f. i. m.) (tensió) en el conductor, descrita per la llei d'inducció de Faraday. Segons la llei de Lenz, la tensió induïda té una polaridad (direcció) que s'opon al canvi de corrent que l'ha creat. Com a resultat, els inductores s'oponen a qualsevol canvi en la corrent que els travessa. Un inductor es caracterisa pel seu inductància, que és la relació entre la tensió i la taxa de canvi de la corrent. En el Sistema Internacional d'Unitats (SI), l'unitat d'inductància és el «henrio» (H), cridada aixina pel científic nortamericà d'el XIX Joseph Henry. En la medició de circuits magnètics, equival a weber/amperi. Els inductores tenen valors que solen oscilar entre 1 µH (10^-6 H) i 20 H. Molts inductores tenen un núcleu magnètic fet de ferro o ferrita dins de la bobina, que servix per a aumentar el camp magnètic i, per tant, l'inductància. Junt en els condensadors i les resistèncias, els inductores són un dels tres elements passius circuit llineallineals que componen els circuits electrònics. Els inductores són molt utilisats en els equips electrònics de corrent alterna (CA), especialment en els equips de ràdio. S'utilisen per a bloquejar la CA i permetre el pas de la CC; els inductores dissenyats per a este fi es denominen bobines. També s'ampren en filtre electrònics per a separar senyals de diferents freqüèncias, i en combinació en condensadores per a fer circuits sintonizados, utilisats per a sintonizar receptors de radi i televisió.

Descripció

Una corrent elèctrica que fluïx per un conductor genera un camp magnètic que ho rodeja. l'enllaç de fluix magnètic ___*${\Phi }_{𝐁}$ generado por una corriente determinada $I$ depende de la forma geométrica del circuito. Su relació define la inductancia $L$. Así,

$L:=\frac{{\Phi }_{𝐁}}{I}$. L'inductància d'un circuit depén de la geometria de la trayectòria de la corrent, aixina com de la permeabilidad magnètica dels materials propencs. Un inductor és un component que consistix en un aram o un atre conductor conformat per a aumentar el fluix magnètic a través del circuit, normalment en forma de bobina o hèliç, en dos terminals. Al enrollar el cable en una bobina s'aumenta el número de voltes que el fluix magnètic llínees enllacen el circuit, aumentant el camp i per tant l'inductància. Quantes més regressos, major és l'inductància. L'inductància també depén de la forma de la bobina, la separació de les espiras i molts atres factors. En afegir un «núcleu magnètic» d'un material ferromagnético com el ferro dins de la bobina, el camp magnetizante de la bobina induirà la magnetisació en el material, aumentant el fluix magnètic. L'alta permeabilidad d'un núcleu ferromagnético pot aumentar l'inductància d'una bobina en un factor de varis mills sobre lo que seria sense ella.

Construcció

Un inductor està constituït normalment per una bobina de conductor, típicament aram o fil de coure esmaltado. Existixen inductores en núcleu d'aire o en núcleu fet de material ferroso (per eixemple, acer magnètic), per a incrementar la seua capacitat de magnetisme. Els inductores també poden estar construïts en circuits integrats, usant el mateix procés utilisat per a realisar microprocessadors. En estos casos s'usa, comunament, l'alumini com a material conductor. No obstant, és rar que es construïxquen inductores dins dels circuits integrats; és molt més pràctic usar un circuit cridat «girador» que, per mig d'un amplificador operacional, fa que un condensador es comporte com si fora un inductor. El inductor consta de les següents parts:

• Devanado inductor: És el conjunt d'espiras destinat a produir el fluix magnètic, en ser recorregut per la corrent elèctrica.
• Culata: És una peça de substància ferromagnética, no rodejada per devanados, i destinada a unir els pols de la màquina.
• Peça polar: És la part del circuit magnètic situada entre la culata i l'entrehierro, incloent el núcleu i l'expansió polar.
• Núcleu: És la part del circuit magnètic rodejada pel devanado inductor.
• Expansió polar: És la part de la peça polar pròxima a l'induït i que voreja al entrehierro.

• Pol auxiliar o de conmutación: És un pol magnètic suplementari, proveït o no, de devanados i destinat a millorar la conmutación. Solen amprar-se en les màquines de mijana i gran potència. També poden fabricar-se chicotets inductores, que s'usen per a freqüèncias molt altes, en un conductor passant a través d'un cilindre de ferrita o granulado.

Funcionament d'una bobina

Siga una bobina o solenoide, constituït per un conductor de llongitut l i secció S, i que ha segut devanado en N espiras, pel que circula una corrent elèctrica i(t). Aplicant la Llei de Biot-Savart que relaciona l'inducció magnètica, B(t), en la causa que la produïx, és dir, la corrent i(t) que circula pel solenoide, s'obté que el fluix magnètic Φ(t) que comprén és igual a:

___*$\varphi (t)=B(t)\cdot S={\mu }_o\cdot \frac{N}{\ell }\cdot i(t)\cdot S={\mu }_o\cdot \frac{NS}{\ell }\cdot i(t)$

Si el flujo magnético es variable en el tiempo, se genera en cada espira, según la Ley de Faraday, una fuerza electromotriz (f. e. m.) d'autoinducció que, según la Ley de Lenz, tiende a oponerse a la causa que la produce, es decir, a la variación de la corriente eléctrica que genera dicho flujo magnético. Por esta razón suele llamarse fuerza contraelectromotriz. Esta tiene el valor:

$ℰ(t)=-N\frac{d\varphi (t)}{dt}=-{\mu }_o\cdot \frac{N^{2}S}{\ell }\cdot \frac{di(t)}{dt}$

A la expresión ${\mu }_o\cdot \frac{N^{2}S}{\ell }$ se li denomina coeficient d'autoinducció, L, el qual relaciona la variació de corrent en la f. i. m. induïda i, com es pot vore, depén de la geometria de la bobina i del núcleu en la que està devanada. Es medix en henrios.

Energia almagasenada

La bobina almagasena energia en forma de camp magnètic quan aumenta l'intensitat de corrent, tornant-la quan esta disminuïx. Matemàticament es pot demostrar que l'energia ___*$𝓌$, almacenada por una bobina con inductancia $L$, que es recorrida por una corriente d'intensidad $i$, viene dada por:

$w=\frac{1}{2}L{i}^2$

Partiendo de la ecuación que relaciona la tensión con la corriente en un inductor:

$𝓋=L\frac{di}{dt}$

la ecuación de la potencia instantánea puede ser utilizada per a llegar a aquella que señale la energía correspondiente en la bobina.

Erro al representar (erro de sintaxis): {\displaystyle \mathcal{p} = vi =\biggl{di\over dt}\biggr)i}

Así, la energía almacenada se puede expresar como:

Erro al representar (erro de sintaxis): {\displaystyle w = \int_{-\infty}^{t} p\, dt =\int_{-\infty}^{t}\biggl{di\over dt}\biggr)i\, dt = L\int_{-\infty}^{t}i\,di = {1\over 2}Li^2(t)-{1\over 2}Li^2(-\infty)={1\over 2}Li^2}

És raonable i pràctic pensar que en algun temps en el passat la corrent que travessava al inductor era 0 per lo que la corrent en un temps igual a menys infinit és 0.

En circuits

Figura 1: Circuit en inductància.

De la formulació física de la bobina s'ha extret l'expressió:

___*$ℰ(t)=-L\cdot \frac{di(t)}{dt}$

Suponiendo una bobina ideal, (figura 1), sin pérdidas de carga, aplicando la segunda Ley de Kirchhoff, se tiene que:

$v(t)+e(t)=0$

Es decir, en toda bobina eléctrica dentro d'un circuito se produce en ella una caída de tensión:

$v_L(t)=v(t)=-e(t)=L\cdot \frac{di(t)}{dt}$

Despejando la intensidad:

$i(t)=i(0)+\frac{1}{L}\cdot \underset{0}{\overset{t}{\int }}v(t)dt$

Si en el instante t = 0, la bobina está cargada con una corriente I, esta se puede sustituir por una bobina descargada y una fuente d'intensidad de valor i(0) = I en paralo. La corriente por la bobina y por tanto el flujo no pueden variar bruscamente ya que si no la tensión $v_L(t)$ deuria fer-se infinita. Per això en obrir un circuit en a on es trobe conectada una bobina, sempre botarà un arc de corrent entre els borns de l'interruptor que dona eixida a la corrent que descarrega la bobina. Quan el inductor no és ideal perque té una resistència interna en série, la tensió aplicada és igual a la suma de la caiguda de tensió sobre la resistència interna més la força contra-electromotriz autoinducida.

En corrent alterna

En corrent alterna, una bobina ideal oferix una resistència al pas de la corrent elèctrica que rep el nom de reactància inductiva, ___*$X_L$, cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación ($\omega =2\pi f$) por la inductancia, L:

$X_L=j\omega L$

Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la inductancia en henrios (H) la reactancia resultará en ohmios. d'acuerdo con la ley d'Ohm circulará una corriente alterna que se verá retrasada 90° ($\pi /2$) respecte a la tensió aplicada.

Associacions comunes

Figura 2. Associació serie general.

Figura 3. Associació paral general.

De la mateixa manera que les resistències, les bobines poden associar-se en série (figura 2), paral (figura 3) o de forma mixta. En estos casos, i sempre que no existixca acoplament magnètic, l'inductància equivalent per a l'associació en série vindrà donada per:

___*$L_{AB}=L_1+L_2+\mathrm{...}+L_n=\sum _{k=1}^n{L}_k$

per a la asociación en paralo tenemos:

$L_{AB}=\frac{1}{\sum _{k=1}^n\frac{1}{L_k}}$

Per a l'associació mixta es procedirà de forma anàloga que en les resistències. Si es requerix una major comprensió del comportament reactiu d'un inductor, és convenient llavors analisar detalladament la Llei de Lenz i comprovar d'esta forma cóm s'origina una reactància de tipo inductiva, la qual naix per una oposició que li presenta el inductor o bobina a la variació de fluix magnètic.

Comportaments ideal i real

En corrent contínua

Una bobina ideal en corrent contínua es comporta com un curtcircuit (conductor ideal), ya que en ser i(t) constant, és dir, no varia en el temps, no hi ha autoinducció de cap f. i. m.

___*$v_L(t)=L\cdot \frac{di(t)}{dt}=0$

Una bobina real en régimen permanente se comporta como una resistencia cuyo valor $R_L$ (figura 6a) serà el del seu devanado. En règim transitori, açò és, en conectar o desconectar un circuit en bobina, succeïxen fenomens electromagnètics que incidixen sobre la corrent (vore circuits serie RL i RC).

En corrent alterna

Erro al crear miniatura:

Figura 4. Diagrama cartesiano de les tensions i corrent en una bobina. V= voltage en blau; I= intensitat en vert.

En conectar una CA sinusoidal v(t) a una bobina apareixerà una corrent i(t), també sinusoidal, açò és, variable, per lo que, com es va comentar més dalt, apareixerà una força contraelectromotriz, -i(t), que el seu valor absolut pot demostrara que és igual al de v(t). Per tant, quan la corrent i(t) aumenta, i (t) disminuïx per a dificultar dit aument; análogamente, quan i(t) disminuïx, i(t) aumenta per a opondre's a dita disminució. Açò pot apreciar-se en el diagrama de la figura 4. Entre 0° i 90° la curva i(t) és negativa, disminuint des del seu valor màxim negatiu fins a zero, observant-se que i(t) va aumentant fins a alcançar el seu màxim negatiu. Entre 90° i 180°, la corrent aumenta des de zero fins al seu valor màxim positiu, mentres i(t) disminuïx fins a ser zero. Des de 180° fins als 360° el raonament és similar a l'anterior.

Figura 5. Diagrama fasorial.

Ya que la tensió aplicada, v(t) és igual a -i(t), o lo que és lo mateix, està desfasada 180° respecte de i(t), resulta que la corrent i(t) queda retardada 90° respecte de la tensió aplicada. Considerem per lo tant, una bobina L, com la de la figura 1, a la que s'aplica una tensió alterna de valor:

___*$u(t)=V_0\cdot \sin (\omega t+\beta ),$

Figura 6.: Circuitos equivalentes d'una bobina real en CC, a), y en CA, b) y c).

d'acuerdo con la ley d'Ohm circulará una corriente alterna, retrasada 90° ($\pi /2$) respecte a la tensión aplicada (figura 5), de valor:

$i(t)=\frac{u(t)}{R}=I_0\cdot \sin (\omega t+\beta -90^{\circ }),$

a on $I_0=\frac{V_0}{X_L}$. Si se representa el valor eficaz de la corriente obtenida en forma polar:

$\overrightarrow{I}=I_{/\underset{\_}{\beta -90^{\circ }}}$

Y operando matemáticamente:

$\overrightarrow{I}={\left(\frac{V}{X_L}\right)}_{/\underset{\_}{\beta -90^{\circ }}}=\frac{V_{/\underset{\_}{\beta }}}{{X_L}_{/\underset{\_}{90^{\circ }}}}$

Por lo tanto, en els circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:

$\overrightarrow{X_L}=0+j{X}_L={X_L}_{/\underset{\_}{90^{\circ }}}$

En la bobina real, caldrà tindre en conte la resistència de la seua bobinado, R_L, podent ser el seu circuit equivalent o model, el que apareix en la figura 6b) o 6c) depenent del tipo de bobina o freqüència de funcionament, encara que per a anàlisis més precisos poden utilisar-se models més complexos que els anteriors.

Comportament a l'interrupció del circuit

L'alimentació carrega el inductor a través la resistència.

Examinem el comportament pràctic d'un inductor quan s'interromp el circuit que ho alimenta. En el dibuix de dreta apareix un inductor que es carrega a través d'una resistència i un interruptor. El condensador dibuixat en punteado representa les capacitancias paràsites de l'inductor. Està dibuixat separat de l'inductor, pero en realitat forma part d'ell, perque representa les capacitancias paràsites dels regressos del devanado entre elles mateixes. Tot inductor té capacitancias paràsites, inclús els devanados especialment concebuts per a minimisar-les com el devanado en «niu d'abelles».

L'interruptor s'obri. La corrent solament pot circular carregant les capacitancias paràsites.

A un cert moment ___*$t_{\circ }$ el interruptor se abre. Si miramos la definición d'inductancia:

$V=L\frac{dI}{dt}$

vemos que, per a que la corriente que atraviesa el inductor se detenga instantáneamente, sería necesario la aparición d'una tensión infinita, y eso no puede suceder. Por esa razón la corriente continúa circulando a través de les capacitancias parásitas de la bobina. Al principio, el único camino que tiene es a través les capacitancias parásitas. La corriente continúa circulando a través la capacitancia parásita, cargando negativamente el punto alto del condensador en el dibujo.

En el instante $t_{\circ }$ el interruptor se abre dejando la inductancia oscilar con les capacitancias parásitas.

Nos encontramos con un circuito LC que oscilará a una pulsación:

$\omega =\frac{1}{\sqrt{LC}}$

a on $C$ es el valor equivalente de les capacitancias parásitas. Si els aislamientos del devanado són suficientemente resistentes a les altas tensiones, y si el interruptor interrumpe bien el circuito, la oscilación continuará con una amplitut que se amortiguará debido a les pérdidas dieléctricas y resistives de les capacitancias parásitas y del conductor de l'inductor. Si además, el inductor tiene un núcleo ferromagnético, habrá también pérdidas en el núcleo. Hay que ver que la tensión máxima (conocida como «sobretensión») de la oscilación puede ser muy grande, ya que el máximo de la tensión corresponde al momento en el cual toda la energía almacenada en la bobina $\frac{1}{2}L{I}^2$ habrá pasado a les capacitancias parásitas $\frac{1}{2}C{V}^2$. Si estas són pequeñas, la tensión puede ser muy grande y pueden producirse arcos eléctricos entre vueltas de la bobina o entre els contactos abiertos del interruptor. Aunque els arcos eléctricos sean frecuentemente perniciosos y peligrosos, atres veces són útiles y deseados. Es el caso de la soldadura al arco, lámparas a arco, alto horno eléctrico y hornos a arco. En el caso de la soldadura al arco, el interruptor de nuestro diagrama es el contacto entre el metal a soldar y el electrodo.

Si la tensión es grande pueden producirse arcos en el interruptor o en la bobina.

Lo que sucede cuando el arco aparece depende de les características eléctricas de l'arco. Y les características d'un arco dependen de la corriente que lo atraviesa. Cuando la corriente es grande (decenas d'amperios), el arco está formado por un camino espeso de moléculas y átomos ionizados que presentan poca resistencia eléctrica y una inercia térmica que lo hace durar. El arco disipa centenas de vatios y puede fundir metals y crear incendios. Si el arco se produce entre els contactos del interruptor, el circuito no estará verdaderamente abierto y la corriente continuará circulando. els arcos no deseados constituyen un problema serio y difícil de resolver cuando se utilizan altas tensiones y grandes potencias.

En el instante $t_1$ se produce un arco que dura hasta el instante $t_2$. A partir d'ese momento, la inductancia oscila con les capacidades parásitas. En punteado la corriente y la tensión que habría si el arco no se produjese.

Cuando les corrientes són pequeñas, el arco se enfría rápidamente y deja de conducir la electricidad. En el dibujo de la derecha hemos ilustrado un caso particular que puede producirse, pero que solo es uno dels casos posibles. Hemos ampliado la escala del tiempo alrededor de la apertura del interruptor y de la formación de l'arco. despuix de la apertura del interruptor, la tensión a els bornes de la inductancia aumenta (con signo contrario). En el instante $t_1$, la tensión es suficiente per a crear un arco entre dos vueltas de la bobina. El arco presenta poca resistencia eléctrica y descarga rápidamente les capacidades parásitas. La corriente, en lugar de continuar cargando les capacidades parásitas, comienza a pasar por el arco. Hemos dibujado el caso en el cuala tensión de l'arco es relativamente constante. La corriente del inductor disminuye hasta que al instante $t_2$ siga massa chicoteta per a mantindre l'arc i este s'apaga i deixa de conduir. La corrent torna a passar per les capacitats paràsites i esta volta l'oscilació continua amortiguándose i sense crear nous arcs, ya que esta volta la tensió no alcançarà valors massa grans. Recordem que este és solament un cas possible. Es pot explicar per qué una persona pot rebre una chicoteta descàrrega elèctrica en medir la resistència d'un bobinado en un simple óhmetro que solament pot alimentar uns miliamperios i uns pocs volts. La raó és que per a medir la resistència del bobinado, li fa circular uns miliamperios. Si, quan es desconecten els cables del óhmetro, se seguix tocant en els dits els borns de la bobina, els miliamperios que circulaven en ella continuaran fent-ho, pero passant pels dits.

Anàlisis de transitoris

El diodo servix de camí a la corrent del inductor quan el transistor es bloqueja. Açò evita l'aparició d'altes tensions entre el colector i la base del transistor.

La regla és que, per a evitar els arcs o les sobretensiones, cal protegir els circuits preveent un passage per a la corrent del inductor quan el circuit s'interromp. En el diagrama de la dreta hi ha un eixemple d'un transistor que controla la corrent en una bobina (la d'un relé, per eixemple). Quan el transistor es bloqueja, la corrent que circula en la bobina carrega les capacitats paràsites i la tensió del colector aumenta i pot sobrepassar fàcilment la tensió màxima de l'unió colector-base i destruir el transistor. Colocant un diodo com en el diagrama, la corrent troba un camí en el diodo i la tensió del colector estarà llimitada a la tensió d'alimentació més els 0,6 V del diodo. El preu funcional d'esta protecció és que la corrent de la bobina tarda més en disminuir i això, en alguns casos, pot ser un inconvenient. Es pot disminuir el temps si, en lloc d'un diodo rectificador, es coloca un diodo zéner o Transil. No cal oblidar que el dispositiu de protecció deurà ser capaç d'absorbir casi tota l'energia almagasenada en el inductor.

Tipos d'inductores

Una bobina de sintonización d'antena en una estació de radi AM. Ilustra la construcció d'alta potència i alta Q: devanado d'una sola capa en regressos espayats per a reduir les pèrdues per efecte de proximida, fet de canonada plateada per a reduir les pèrdues per efecte pelicular, soportat per tires aïllants estretes per a reduir les pèrdues dielèctriques

Inductor de núcleu d'aire

La locució «bobina en núcleu d'aire» descriu un inductor que no utilisa un núcleu magnètic fet d'un material ferromagnético. La locució es referix a les bobines enrollades en plàstic, ceràmica o atres formes no magnètiques, aixina com a les que només tenen aire dins dels devanados. Les bobines en núcleu d'aire tenen una inductància menor que les bobines en núcleu ferromagnético, pero se solen utilisar a freqüències altes perque estan lliures de les pèrdues d'energia anomenades pèrdues en el núcleu que es produïxen en els núcleus ferromagnéticos, que aumenten en la freqüència. Un efecte secundari que pot produir-se en les bobines en núcleu d'aire en les que el devanado no està rígidamente recolzat en una forma és la «microfonía»: la vibració mecànica dels devanados pot provocar variacions en l'inductància.

Inductor de radiofrecuencia

Erro al crear miniatura:

Colecció d'inductores de RF, mostrant tècniques per a reduir pèrdues. Els tres de dalt a l'esquerra i la vareta de ferrita o antena de vareta, avall, tenen bobinados de canastra.

A freqüències altes o ona curta, especialment s (RF), els inductores tenen major resistència i atres pèrdues. Ademés de provocar pèrdues de potència, en els circuits resonantes açò pot reduir el factor Q del circuit, ampliant l'ample de banda. En els inductores de RF, que en la seua majoria són del tipo de núcleu d'aire, s'utilisen tècniques de construcció especialisades per a minimisar estes pèrdues. Les pèrdues es deuen a estos efectes:

Efecte pelicular

La resistència d'un cable a la corrent d'alta freqüència és major que la seua resistència a la corrent contínua per l'Efecte pelicular. La corrent alterna de radiofrecuencia no penetra molt en el cos d'un conductor, sino que viaja a lo llarc de la seua superfície. Per eixemple, a 6 MHz la profunditat de la pell del cable de coure és d'aproximadament 0,001 polzades (25 µm); la major part de la corrent es troba dins d'esta profunditat de la superfície. Per lo tant, en un cable sòlit, la porció interior del cable pot dur poca corrent, aumentant efectivament la seua resistència.

Efecte de proximitat

Un atre efecte similar que també aumenta la resistència del cable a altes freqüències és l'efecte de proximitat, que es produïx en els cables parals que es troben prop uns d'uns atres. El camp magnètic individual de les espiras adjacents induïx corrents de Foucault en el fil de la bobina, lo que fa que la corrent en el conductor es concentre en una fina franja en el costat propenc al fil adjacent. De la mateixa manera que l'efecte pell, açò reduïx l'àrea efectiva de la secció travessera del cable que conduïx la corrent, aumentant la seua resistència.

Pèrdues dielèctriques

El camp elèctric d'ona curta prop dels conductors en una bobina de tanc pot causar el moviment de molècules polars en els materials aïllants propencs, dissipant energia en forma de calor. Per això, les bobines utilisades en els circuits sintonizados no solen estar enrollades en formes de bobina, sino suspeses en l'aire, recolzades en estretes tires de plàstic o ceràmica.

Capacitancia paràsita

La capacitancia entre els regressos individuals de la bobina, cridada capacitancia paràsita, no causa pèrdues d'energia pero pot canviar el comportament de la bobina. Cada regrés de la bobina està a un potenciallaugerament diferent, per lo que el camp elèctric entre els regressos veïns almagasena càrrega en el cable, per lo que la bobina actua com si tinguera un condensador en paral en ella. A una freqüència lo suficientment alta esta capacitancia pot resonar en l'inductància de la bobina formant un circuit sintonizado, fent que la bobina es convertixca en auto-resonante.

Inductor de núcleu ferromagnético

Una varietat de tipos d'inductores i transformadors de núcleu de ferrita

Els inductores de núcleu ferromagnético o de núcleu de ferro utilisen un núcleu magnètic fet d'un material ferromagnético com el ferro o la ferrita per a aumentar l'inductància. Un núcleu magnètic pot aumentar l'inductància d'una bobina per un factor de varis mills, en aumentar el camp magnètic pel seu major permeabilidad magnètica. No obstant, les propietats magnètiques del material del núcleu causen varis efectes secundaris que alteren el comportament del inductor i requerixen una construcció especial:

Pèrdues en el núcleu

Una corrent variable en el temps en un inductor ferromagnético, que provoca un camp magnètic variable en el temps en el seu núcleu, provoca pèrdues d'energia en el material del núcleu que es dissipa en forma de calor, per dos processos

Corrent de Foucault

A partir de la Llei d'inducció de Faraday, el camp magnètic canviant pot induir bucles circulants de corrent elèctrica en el núcleu metàlic conductor. L'energia d'estes corrents es dissipa en forma de calor en la resistència del material del núcleu. La cantitat d'energia perduda aumenta en l'àrea dins del bucle de corrent.

Histéresis

Canviar o invertir el camp magnètic en el núcleu també provoca pèrdues pel moviment dels diminuts dominis magnètics que ho componen. La pèrdua d'energia és proporcional a l'àrea del bucle d'histéresis en el gràfic BH del material del núcleu. Els materials en baixa coercitividad tenen bucles d'histéresis estrets i, per tant, baixes pèrdues d'histéresis. La pèrdua del núcleu no és llineal sobre la freqüència de la fluctuació magnètica i la densitat de fluix magnètic. La freqüència de fluctuació magnètica és la freqüència de la corrent alterna en el circuit elèctric; la densitat de fluix magnètic correspon a la corrent en el circuit elèctric. La fluctuació magnètica dona lloc a la histéresis, i la densitat de fluix magnètic provoca corrents paràsites en el núcleu. Estes no linealidades es distinguixen de la no linealidad de llindar de saturació. La pèrdua en el núcleu pot modelar-se aproximadament en l'equació de Steinmetz. A freqüències baixes i en intervals de freqüència llimitats (potser un factor de 10), la pèrdua del núcleu pot tractar-se com una funció llineal de la freqüència en un error mínim. No obstant, inclús en el ranc d'àudio, els efectes no llineals dels inductores de núcleu magnètic són notables i preocupants.

Saturació

Si la corrent a través d'una bobina de núcleu magnètic és lo suficientment alta com per a que el núcleu se sature, l'inductància caurà i la corrent aumentarà dramàticament. Es tracta d'un fenomen de llindar no llineal i dona lloc a la distorsió de la senyal. Per eixemple, les senyals d'àudio poden sofrir distorsió d'intermodulación en inductores saturats. Per a evitar-ho, en els circuits llinealss la corrent a través dels inductores de núcleu de ferro deu llimitar-se per baix del nivell de saturació. Alguns núcleus laminados tenen un estret espai d'aire en ells per a este propòsit, i els núcleus de ferro en pols tenen un espai d'aire distribuït. Açò permet majors nivells de fluix magnètic i, per tant, majors corrents a través del inductor ans que se sature.

Desmagnetización del punt de Curi

Si la temperatura d'un núcleu ferromagnético o ferrimagnético s'eleva a un nivell determinat, els dominis magnètics es disocian i el material es torna paramagnético, deixant de soportar el fluix magnètic. L'inductància disminuïx i la corrent aumenta dràsticament, de forma similar a lo que ocorre durant la saturació. L'efecte és reversible: Quan la temperatura descendix per baix del punt de Curie, el fluix magnètic resultant de la corrent en el circuit elèctric realineará els dominis magnètics del núcleu i el seu fluix magnètic es restablirà. El punt Curie dels materials ferromagnéticos (aleacions de ferro) és prou alt; el del ferro és el més alt a 770 °C. No obstant, per a alguns materials ferrimagnéticos (composts ceràmics de ferro - ferritas) el punt de Curie pot estar prop de les temperatures ambientals (per baix de 100 °C).

Inductor de núcleu laminado

Erro al crear miniatura:

Inductor de balasto de núcleu de ferro laminado per a llàntia d'halogenuros metàlics

Els inductores de baixa freqüència es fabriquen a sovint en núcleu laminado per a evitar les corrents paràsites, utilisant una construcció similar a la dels transformadors. El núcleu està format per piles de fines làmines d'acer o laminación orientades en paral al camp, en un revestiment aïllant en la superfície. L'aïllament evita les corrents paràsites entre les làmines, per lo que qualsevol corrent restant deu estar dins de l'àrea de la secció travessera de les làmines individuals, lo que reduïx l'àrea del bucle i, per tant, les pèrdues d'energia en gran mida. Les laminaciones estan fetes d'acer al silici de baixa conductivitat per a reduir encara més les pèrdues per corrents paràsites.

Inductor de núcleu de ferrita

Artícul principal → Núcleu de ferrita.

Per a freqüències més altes, els inductores es fabriquen en núcleus de ferrita. La ferrita és un material ceràmic ferrimagnético que no és conductor, per lo que les corrents paràsites no poden fluir en el seu interior. La formulació de la ferrita és xxFe₂O₄ a on xx representa varis metals. Per als núcleus dels inductores s'utilisen ferrites blanes, que tenen una baixa coercitividad i, per tant, baixes pèrdues per histéresis.

Inductor de núcleu de ferro en pols

Un atre material és el ferro en pols cementado en un aglutinant.

Inductor de núcleu toroidal

Erro al crear miniatura:

Inductor toroidal en la font d'alimentació d'un enrutador inalàmbric

En un inductor enrollado en un núcleu en forma de vareta recta, les llínees de camp magnètic que ixen d'un extrem del núcleu deuen passar per l'aire per a tornar a entrar en el núcleu en l'atre extrem. Açò reduïx el camp, ya que gran part del recorregut del camp magnètic està en l'aire en lloc del material del núcleu de major permeabilidad i és una font d'interferència electromagnètica. Es pot conseguir un major camp magnètic i inductància formant el núcleu en un circuit magnètic tancat. Les llínees de camp magnètic formen bucles tancats dins del núcleu sense eixir del material del núcleu. La forma que se sol utilisar és la d'un toroidea l'o núcleu de ferrita en forma de rosquilla. Per la seua simetria, els núcleus toroidals permeten que una part mínima del fluix magnètic escape fora del núcleu (lo que es denomina fluix de fuga), per lo que irradian menys interferències electromagnètiques que atres formes. Les bobines de núcleu toroidal es fabriquen en diversos materials, principalment ferrita, ferro en pols i núcleus laminados.

Inductor variable

Erro al crear miniatura:

«Bobina de rodell», un inductor de RF de núcleu d'aire ajustable que s'utilisa en els circuits sintonizados dels transmissors de ràdio. Un dels contactes de la bobina es realisa per mig de la chicoteta roda ranurada, que es monta sobre el cable. En girar l'eix, la bobina gira, movent la roda de contacte cap a dalt o cap a avall de la bobina, permetent més o menys regressos de la bobina en el circuit, per a canviar l'inductància.

Provablement el tipo més comú d'inductor variable hui en dia és un en un núcleu magnètic de ferrita mòvil, que pot esgolar-se o entornellar-se dins o fòra de la bobina. En desplaçar el núcleu cap a l'interior de la bobina aumenta la permeabilidad magnètica, aumentant el camp magnètic i l'inductància. Molts dels inductores utilisats en aplicacions de ràdio (per lo general menys de 100 megahercios) utilisen núcleus ajustables en la finalitat de sintonizar dits inductores al seu valor desijat, ya que els processos de fabricació tenen certes tolerància (inexactitud). A voltes, estos núcleus per a freqüències superiors a 100 MHz es fabriquen en material no magnètic altament conductor, com l'alumini. Disminuïxen l'inductància perque el camp magnètic deu sortejar-els. Els inductores en núcleu d'aire poden utilisar contactes deslizantes o múltiples derivació per a aumentar o disminuir el número de regressos inclosos en el circuit, per a canviar l'inductància. Un tipo molt utilisat en el passat, pero casi obsolet en l'actualitat, té un contacte de moll que pot esgolar-se a lo llarc de la superfície nueta dels bobinados. La desventaja d'este tipo és que el contacte sol cortocircuitar una o més regressos. Estos regressos actuen com un devanado secundari de transformador cortocircuitado d'un sol regrés; les grans corrents induïdes en elles provoquen pèrdues de potència. Un tipo d'inductor de núcleu d'aire contínuament variable és el «variómetro». Consistix en dos bobines en el mateix número de regressos conectats en série, una dins de l'atra. La bobina interior està montada en un eix per a que el seu eix puga girar sobre la bobina exterior. Quan els eixos de les dos bobines són colineals, en els camps magnètics apuntant en la mateixa direcció, els camps se sumen i l'inductància és màxima. Quan la bobina interior es gira per a que el seu eix forme un àngul en l'exterior, l'inductància mútua entre elles és menor, per lo que l'inductància total és menor. Quan la bobina interior es gira 180° per a que les bobines siguen colineals en els seus camps magnètics oposts, els dos camps es cancelen entre sí i l'inductància és molt chicoteta. Este tipo té la ventaja de que és contínuament variable en un ampli ranc. S'utilisa en els «sintonizadores d'antena» i en els circuits d'adaptació per a adaptar els transmissors de baixa freqüència a les seues antenes. Un atre método per a controlar l'inductància sense parts mòvils requerix un devanado adicional de corrent contínua que controla la permeabilidad d'un material de núcleu fàcilment saturable.

Bobina de choc

Inductor de ràdio MF o HF per a dècimes d'amperi i un inductor de VHF en contes de ferrita per a varis amperis.

Un bobina de choc és un inductor dissenyat específicament per a bloquejar la corrent alterna (CA) d'alta freqüència en un circuit elèctric, permetent al mateix temps el pas de la CC o de les senyals de baixa freqüència. Ya que el inductor resistix o «estrangula» els canvis de corrent, este tipo d'inductor es denomina estrangulador. Sol consistir en una bobina d'aram aïllat enrollada sobre un núcleu magnètic, encara que alguns consistixen en un «conte» de material de ferrita en forma toroidal enfilada en un aram. De la mateixa manera que atres inductores, els chocs resistixen els canvis de la corrent que els travessa cada volta més en la freqüència. La diferència entre els chocs i atres inductores és que els chocs no requerixen les tècniques de construcció d'alt factor Q que s'utilisen per a reduir la resistència en els inductores utilisats en els circuits sintonizados.

Vore també

• Solenoide.
• Bobina de l'encés.
• Bobina de Rogowski.

Bibliografia

• Gómez Campomanes. Circuits Elèctrics, Servici de Publicacions de l'Universitat d'Oviedo. ISBN 84-7468-288-6.
• Terman, Frederick (1943). Ràdio Engineers' Handbook, McGraw-Hill.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Inductores.
• amperis. com/recursos/articulos/medida-resistencia-bobinados-transformadores/ Mida de Resistència de Bobinados en Transformadors (artícul/manual)
• info/l_es. html Disseny de la bobina de núcleu d'aire d'una capa - calculadora en llínea