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Inductancia de una bobina y tutorial de autoinducción

Inductores

Los inductores hacen esto generando un autoinducido.emf dentro de sí mismo como resultado de su cambio de campo magnético. En un circuito eléctrico, cuando la fem está inducida en el mismo circuito en el que la corriente está cambiando, este efecto se llama Autoinducción, (L), pero a veces comúnmente se llama back-emf ya que su polaridad está en la dirección opuesta a la tensión aplicada.

Cuando se induce la fem en un componente adyacente situado dentro del mismo campo magnético, se dice que la fem está inducida por Inducción mutua, (M) y la inducción mutua es la base.principio de operación de transformadores, motores, relés, etc. La autoinducción es un caso especial de inductancia mutua, y debido a que se produce dentro de un solo circuito aislado, generalmente llamamos autoinducción simplemente, Inductancia.

La unidad básica de medida para la inductancia se llama Enrique, (H) después de Joseph Henry, pero también tiene las unidades de Webers por amperio (1 H = 1 Wb / A).

La Ley de Lenz nos dice que una fem inducida generauna corriente en una dirección que se opone al cambio en el flujo que causó la fem en primer lugar, el principio de acción y reacción. Entonces podemos definir con precisión Inductancia como: “una bobina tendrá un valor de inductancia de un Henry cuando se induce una fem de un voltio en la bobina donde la corriente que fluye a través de dicha bobina cambia a una velocidad de un amperio / segundo”.

En otras palabras, una bobina tiene una inductancia, (L)de un Henry, (1H) cuando la corriente que fluye a través de la bobina cambia a una velocidad de un amperio / segundo, (A / s). Este cambio induce una tensión de un voltio, (VL ) en eso. Por lo tanto, la representación matemática de la tasa de cambio de la corriente a través de una bobina enrollada por unidad de tiempo se da como:

corriente a través de una bobina

Dónde: di Es el cambio en la corriente en amperios y dt es el tiempo necesario para que esta corriente cambie en segundos. Entonces el voltaje inducido en una bobina, (VL ) con una inductancia de L Henries como resultado de este cambio en la corriente se expresa como:

voltaje inducido en una bobina

Tenga en cuenta que el signo negativo indica que el voltaje inducido se opone al cambio de corriente a través de la bobina por unidad de tiempo (di / dt).

De la ecuación anterior, la inductancia de una bobina se puede presentar como:

Inductancia de una bobina

ecuación de inductancia

Donde: L es la inductancia en Henries, VL es el voltaje en la bobina y di / dt es la tasa de cambio de corriente en amperios por segundo, A / s.

Inductancia, L es en realidad una medida de la "resistencia" de los inductores al cambio de la corriente que fluye a través del circuito y cuanto mayor es su valor en Henries, más baja será la tasa de cambio de corriente.

Sabemos por el tutorial anterior sobre elInductor, los inductores son dispositivos que pueden almacenar su energía en forma de un campo magnético. Los inductores están hechos de bucles individuales de alambre combinados para producir una bobina y si el número de bucles dentro de la bobina aumenta, entonces para la misma cantidad de corriente que fluye a través de la bobina, el flujo magnético también aumentará.

Así, al aumentar el número de bucles o girosDentro de una bobina, aumenta la inductancia de las bobinas. Entonces la relación entre la autoinducción, (L) y el número de vueltas, (N) y para una bobina simple de una sola capa se puede dar como:

Autoinducción de una bobina

autoinducción de una bobina
  • Dónde:
  • L está en Henries
  • N es el número de vueltas
  • Φ es el flujo magnético
  • Ι está en amperios

Esta expresión también se puede definir como laenlace de flujo magnético, (NΦ) dividido por la corriente, como efectivamente el mismo valor de la corriente fluye a través de cada giro de la bobina. Tenga en cuenta que esta ecuación solo se aplica a los materiales magnéticos lineales.

Ejemplo de Inductancia No1

Una bobina de inducción con núcleo de aire hueco consta de 500giros de cable de cobre que producen un flujo magnético de 10 mWb al pasar una corriente continua de 10 amperios. Calcule la autoinducción de la bobina en mili-Henries.

ejemplo de bobina de inductancia

inductancia de la bobina

Ejemplo de Inductancia No2

Calcule el valor de la fem autoinducida producida en la misma bobina después de un tiempo de 10 ms.

auto inducida fem de una bobina

La autoinducción de una bobina o para ser más.Preciso, el coeficiente de autoinducción también depende de las características de su construcción. Por ejemplo, tamaño, longitud, número de vueltas, etc. Por lo tanto, es posible tener inductores con coeficientes muy altos de autoinducción utilizando núcleos de alta permeabilidad y un gran número de giros de bobina. Entonces, para una bobina, el flujo magnético que se produce en su núcleo interno es igual a:

flujo magnético de una bobina

Donde: Φ es el flujo magnético, B es la densidad del flujo y A es el área.

Si el núcleo interno de una bobina solenoide larga con N número de giros por metro de longitud es hueco, "núcleo de aire", entonces la inducción magnética dentro de su núcleo se dará como:

Inducción magnética de una bobina hueca.

Luego, al sustituir estas expresiones en la primera ecuación anterior, la Inductancia nos dará:

inductancia de una bobina hueca

Al cancelar y agrupar términos semejantes, la ecuación final del coeficiente de autoinducción para una bobina de núcleo de aire (solenoide) se da como:

coeficiente de autoinducción
  • Dónde:
  • L está en Henries
  • μο es la permeabilidad del espacio libre (4.π.10-7)
  • N es el número de vueltas
  • A es el área interna del núcleo (πr 2) En m2
  • l es la longitud de la bobina en metros

Como la inductancia de una bobina se debe a laEl flujo magnético a su alrededor, cuanto más fuerte sea el flujo magnético para un valor de corriente dado, mayor será la inductancia. Por lo tanto, una bobina de muchos giros tendrá un valor de inductancia más alto que uno de solo unos pocos giros y, por lo tanto, la ecuación anterior indicará que la inductancia L es proporcional al número de giros al cuadrado N2.

EEWeb tiene una calculadora de inductancia de bobina en línea gratuita para calcular la inductancia de una bobina para diferentes configuraciones de tamaño de cable y posicionamiento.

Además de aumentar el número de vueltas de bobina,También podemos aumentar la inductancia aumentando el diámetro de las bobinas o alargando el núcleo. En ambos casos, se requiere más cable para construir la bobina y, por lo tanto, existen más líneas de fuerza para producir la fem correspondiente.

La inductancia de una bobina se puede aumentar aún másaún si la bobina se enrolla en un núcleo ferromagnético, que es uno hecho de un material de hierro blando, que una bobina en un núcleo de aire no ferromagnético o hueco.

núcleo de ferrita
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Núcleo de ferrita

Si el núcleo interior está hecho de algún material ferromagnético.En materiales como el hierro blando, el cobalto o el níquel, la inductancia de la bobina aumentaría considerablemente porque, para la misma cantidad de flujo de corriente, el flujo magnético generado sería mucho más fuerte. Esto se debe a que el material concentra las líneas de fuerza con mayor fuerza a través del material de núcleo ferromagnético más suave como vimos en el tutorial de Electroimanes.

Así, por ejemplo, si el material del núcleo tiene una permeabilidad relativa 1000 veces mayor que el espacio libre, 1000 μο como el hierro blando o el acero, la inductancia de la bobina sería 1000 veces mayor, por lo que podemos decir que la inductancia de una bobina aumenta proporcionalmente a medida que aumenta la permeabilidad del núcleo.

Entonces, para una bobina enrollada alrededor de un núcleo anterior o central, la ecuación de inductancia anterior debería modificarse para incluir la permeabilidad relativa μr del nuevo material anterior.

Si la bobina se enrolla en un núcleo ferromagnético ase producirá una mayor inductancia, ya que la permeabilidad de los núcleos cambiará con la densidad de flujo. Sin embargo, dependiendo del tipo de material ferromagnético, el flujo magnético de los núcleos internos puede alcanzar rápidamente la saturación produciendo un valor de inductancia no lineal. Dado que la densidad de flujo alrededor de una bobina de cable depende de la corriente que fluye a través de él, la inductancia, L también se convierte en una función de este flujo de corriente, i.

En el siguiente tutorial sobre inductores, veremosque el campo magnético generado por una bobina puede hacer que una corriente fluya en una segunda bobina que se coloca a su lado. Este efecto se denomina inductancia mutua y es el principio de funcionamiento básico de transformadores, motores y generadores.

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