Conceptos básicos del inductor:todo lo que necesita saber

Los inductores son raros para la electrónica de aficionados. Sin embargo, es esencial conocerlos si está haciendo algo que involucre corriente alterna (CA). Son tan populares como las resistencias en aplicaciones que usan CA. Imponen cambios en el flujo de corriente. Como resultado, son excelentes para filtrar señales y transformar entre diferentes voltajes de CA. Es por eso que a menudo los usamos en fuentes de alimentación variables. Estas son solo algunas de las razones por las que debe aprender acerca de los inductores. Sin embargo, esta guía explorará algunos de los conceptos básicos del inductor.

¿Qué es un inductor?

Un conjunto de bobinas de inductancia

Un inductor es un componente electrónico que almacena energía de forma transitoria. En consecuencia, utiliza un campo magnético para lograrlo. En general, la mayoría de los inductores aparecen como una bobina de alambre (a menudo alambre de cobre) alrededor de un formador magnético o no magnético. Los formadores pueden utilizar los siguientes tipos principales de material de núcleo:

• Núcleo de hierro
• Núcleo de ferrita
• Núcleo de aire
• Inductores de núcleo cerámico

En consecuencia, los inductores con núcleo de hierro y ferrita pueden ser los más preferibles porque pueden generar campos magnéticos más grandes y, por lo tanto, almacenar más energía.

¿Cómo funciona un inductor?

Un inductor

Como habrás notado, los inductores no necesariamente requieren formadores para funcionar. La mayoría de los inductores de aire son alambres herméticamente aislados enrollados juntos sin un centro. Debido a la Ley de Inducción de Faraday, cuando una corriente eléctrica pasa a través de una bobina, crea un campo magnético.

Cuando enrollamos un grupo de cables, esto puede crear un campo magnético aún mayor. A medida que la corriente fluye a través de este grupo, se convierte en energía magnética. Sin embargo, cuando la corriente deja de fluir, el campo electromagnético se rompe y la energía magnética se transforma en energía electrónica. En esta etapa, imita una clásica pieza de alambre.

Sin embargo, toma un tiempo antes de que el inductor se transforme y libere toda la energía magnética y eléctrica, y este es el concepto básico del electromagnetismo en el que funcionan todos los inductores.

Para ilustrar, podemos pensar en los inductores como grandes ruedas hidráulicas. Cuando tiene una rueda hidráulica estacionaria pesada y comienza a hacer fluir agua a través de ella, llevará algo de tiempo y energía hacer que la rueda se levante y gire. Sin embargo, una vez que comience a girar y tenga un impulso considerable, tardará un tiempo en dejar de girar cuando corte el suministro de agua. Los inductores funcionan según el mismo principio pero con una carga eléctrica.

Esta resistencia al flujo eléctrico es lo que conocemos como inductancia. Describe la relación entre el flujo magnético y la corriente eléctrica que lo induce. Hay una gran variedad de diferentes tipos de inductores en el mercado de la electrónica. Todos tienen sus propias propiedades, construcciones y propósitos básicos únicos.

Diferencias entre inductores y condensadores

Condensadores e inductores de la placa de alimentación

Si bien los inductores y los capacitores cumplen funciones similares, funcionan de manera bastante diferente. Ambos son componentes pasivos que almacenan energía de un circuito y luego la descargan. Sin embargo, un condensador almacena energía en un campo eléctrico. Por el contrario, los inductores almacenan energía en un campo magnético y la liberan como energía eléctrica. En consecuencia, este es un proceso que conocemos como inducción electromagnética.

En particular, aquí es donde los inductores obtienen sus nombres. Sin embargo, generalmente usamos condensadores en aplicaciones electrolíticas de alto voltaje, como fuentes de alimentación.

También podemos usarlos en aplicaciones de voltaje más bajo y propósitos generales donde requerimos valores de capacitancia grandes. Por otro lado, usamos inductores en aplicaciones de CA como radio TV.

Símbolo de inductor

Medimos la inductancia utilizando la unidad SI de inductancia, que conocemos como Henry (H). Recibe su nombre de Joseph Henry, un destacado científico que descubrió la inductancia mutua. Sin embargo, los diferentes símbolos electrónicos para inductores se ven así:

Símbolos eléctricos/electrónicos para inductores

Cómo medir la inductancia

Antes de que podamos explorar cómo medir la inductancia, debemos examinar qué factores influyen en la inductancia.

Factores que influyen en la inductancia

Una colección de inductores de estrangulamiento industriales

Podemos determinar la inductancia electromagnética de un inductor por cuatro factores principales:

• Número de vueltas de la bobina (N )
• Material del núcleo y permeabilidad (μ)
• El área de la sección transversal de la bobina (A)
• Longitud de la bobina (l )

La inductancia es directamente proporcional a la permeabilidad. Si aumentamos la permeabilidad, aumentamos la inductancia. Consideremos el inductor de núcleo de aire. El aire tiene una permeabilidad relativa de 1 (μ =1). Esto se debe a que el aire, al igual que la cerámica, prácticamente no tiene propiedades magnéticas y, por lo tanto, no mejora la inductancia de la bobina de ninguna manera.

Si necesita un inductor con mayor inductancia, debe considerar usar un núcleo con material magnético o material ferromagnético. Por cierto, los inductores de núcleo magnético tienen una permeabilidad que varía en cientos (μ =100+).

Como tal, proporcionan una inductancia significativamente mayor para el mismo tamaño de inductor. Esta es la razón por la cual los fabricantes tienden a evitar construir inductores con núcleo de aire. Si bien puede pensar que es una buena idea usar material de núcleo con la permeabilidad más alta, no es porque el tipo de material de núcleo afecte la potencia y la eficiencia térmica.

Los materiales compuestos de metal y ferrita son dos tipos de núcleos que los fabricantes suelen utilizar en los conductores. Cada tipo de material tiene fortalezas y debilidades. Por ejemplo, el material de ferrita tiende a tener una permeabilidad muy alta y un valor de inductancia alto para un tamaño de paquete dado.

Sin embargo, la inestabilidad térmica puede ser un factor que disuada a la gente de elegir este material para el núcleo. Operar la corriente de entrada por encima del nivel de saturación puede provocar el sobrecalentamiento y la falla del circuito electrónico.

Los núcleos compuestos de metal tienden a ser más deseables debido a sus características de saturación más suaves. Esto puede estar más cerca de su inductor ideal. Sin embargo, al elegir un inductor, estos son los factores que debe tener en cuenta. Controlan e influyen en las propiedades electromagnéticas del inductor.

Cómo calcular los microhenrios de la bobina de un inductor

Para encontrar la inductancia de una bobina, deberá medir la longitud (L) y el diámetro (d) del bucle, así como contar el número (N) de vueltas (o anillos en el bucle). A continuación, debe elevar al cuadrado tanto el número de vueltas (N^2) como el diámetro (D^2). A continuación, deberá multiplicar las cifras cuadradas entre sí. En un cálculo separado, multiplique el diámetro por 18 (18D) y súmelo a la longitud, que multiplicará por 40 (40L).

Divide la primera ecuación entre la segunda ecuación. Su ecuación final se verá así:

μH =(N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)

Los cálculos anteriores revelarán los microhenrios de una bobina. Para convertir microhenrios en henrios, deberá tomar el resultado del análisis anterior y dividirlo por 1.000.000. Esto se debe a que:

• 1 μH =0,000001H
• 1H =1000000μH

Puede encontrar calculadoras de inductancia de bobina en línea o comprar inductores de un valor conocido para que le resulte más fácil.

Inductores en Serie y Paralelo

Al igual que poner resistencias y condensadores en serie y en paralelo, lo más probable es que quieras hacer lo mismo con los inductores. Como regla general, los inductores agregan cadenas y se ponen en paralelo de la misma manera que lo hacen las resistencias. Por lo tanto, la ecuación para resistencias en serie y paralelo es similar para inductores.

Los inductores en serie se suman al igual que las resistencias. Digamos que tiene dos inductores en serie (L1 y L2). La ecuación se verá así:

Total =L1 + L2

Diagrama de circuito de inductores en serie

Esto tiene sentido porque es la misma corriente que pasa por todos los inductores. Así, si hay un cambio en el tiro, la diferencia en todos los inductores es la misma. Cuando conectamos inductores en paralelo, la inductancia total será menor que cada inductor.

En consecuencia, cada inductor experimenta menos corriente eléctrica que la cantidad total que pasa por el circuito eléctrico porque la corriente eléctrica se divide. Como tal, la relación entre el flujo magnético y la corriente eléctrica es diferente. Por lo tanto, la ecuación se verá así:

Total =1/(1/L1+1/L2)

Diagrama de circuito si inductores en paralelo

Energía almacenada por un inductor

En esta sección, exploraremos cómo calcular la cantidad de energía eléctrica en un inductor.

Tomemos un ejemplo en el que fluye una corriente de 15 A (amperios) a través de un inductor de 200 mH. La energía almacenada es la mitad de la inductancia multiplicada por el cuadrado del viento.

La plantilla para nuestra ecuación se ve así:

U =1/2L * I^2

Usando nuestro ejemplo, el primer paso que debemos dar es convertir mH (millihenrys) en H (henrys). Para hacer esto, deberá multiplicar el valor de la inductancia mH por 10^-3. Por lo tanto, el cálculo y el resultado se verán así:

200 mh * 10^-3 =0,2 H

Una vez que tenemos nuestra inductancia en henrys, podemos calcular la energía del campo magnético. El cálculo se ve así:

U =1/2(0,2) * 15^2

U =22,5 julios

Esta es la ecuación estándar para calcular la energía almacenada en el campo magnético de un inductor.

Aplicaciones de inductores

El inductor como estrangulador en un circuito

Nos referimos brevemente a algunos de los usos de los inductores en la sección anterior. Sin embargo, echemos un vistazo más de cerca y ampliemos algunas de estas aplicaciones. Usamos inductores para:

• Convertidores elevadores donde ayudan a aumentar el voltaje de salida de corriente continua (CC) mientras disminuyen la corriente
• Para estrangular los suministros de corriente alterna y solo permitir que la corriente continua (CC) pase a través de un circuito
• Separación de diferentes frecuencias
• Circuitos de RF, circuitos analógicos y circuitos sintonizados
• Motores, transformadores, relés y una amplia gama de otros componentes electrónicos y convertidores

Estas son las aplicaciones de inductores más comunes y también podemos usar inductores de mayor frecuencia en aplicaciones de radio.

Resumen

Es importante recordar que no se puede medir la inductancia con un multímetro estándar. Sin embargo, puede encontrar modelos específicos con un medidor RLC incorporado. Sin embargo, no le revelará el resultado más preciso. Para medir la inductancia correctamente, debe usar un medidor RLC. Puede conectar el inductor a la unidad y realizará una prueba rápida para medir los valores. Alternativamente, puede usar parte de la información en la guía anterior para descubrir cómo calcular la inductancia usted mismo. Sin embargo, esperamos que haya encontrado útil el texto anterior. Como siempre, gracias por leer.