Comparison to Functional annotation analysis

Es uno de los elementos pasivos ideales que acumulan energía en forma de campo magnético y tienen propiedades diferentes cuando se excitan con cantidades de corriente alterna (ca) en vez de corriente directa (cd). A la bobina también se le llama inductor o inductancia. El símbolo en un circuito para el inductor aparece en la figura 3.19 con la abreviatura gráfica para el inductor (L), su unidad es el henrio (H).

Inductancias: Cuando una carga fluye por un conductor, existe un campo magnético

asociado con esta corriente en el espacio que rodea al conductor. Cuando la carga cesa de fluir, el campo magnético decrece hasta desaparecer. Este fenómeno demuestra que la fuente de los campos magnéticos es el flujo de carga o corriente.

Cuando una corriente fluye en un alambre conductor, un campo magnético con una configuración como la que se muestra en la figura 3.20, rodea el alambre.

Figura 3.20. Campo magnético alrededor de un alambre que conduce una corriente.

L

Figura 3.21. Campo magnético en una bucla circular de alambre.

Si este alambre se dobla en forma de una bucla, el campo magnético de la bucla tendrá una forma como la que se muestra en la figura 3.21.

Finalmente, si el alambre se devana en forma de una bobina (como se muestra en la figura 3.22), los campos magnéticos de las buclas individuales se combinan para formar un solo campo total. (A una bobina también se le llama selenoide).

Figura 3.22. Campo magnético en una bobina que conduce una corriente.

El campo de la bobina tiene la misma forma que el campo de una barra de imán permanente (con el capo en un extremo que corresponde a un polo norte y el otro extremo a un polo sur). Las líneas que representan los campos magnéticos en estas ilustraciones (figuras 3.20, 3.21 y 3.22) se llaman líneas de flujo.

Los campos magnéticos que rodean los conductores que conducen corriente tienen energía almacenada en ellos. La cantidad de energía depende de la magnitud de la corriente que es también la fuente del campo. Esta energía se deposita dentro del campo magnético cuando la corriente que origina el campo se aumenta. Esta misma energía se retorna a las cargas cuando la corriente decrece. (Una parte de la energía también puede ser radiada en forma de ondas electromagnéticas.)

EJEMPLOS DEL USO DE LAS INDUCTANCIAS EN LOS CIRCUITOS

Los inductores son bobinas de varias dimensiones, diseñadas para introducir a un circuito cantidades de inductancia específicas.

Las inductancias se emplean en los circuitos eléctricos como:

1. Elementos que bloquean las señales de alta frecuencia pero que permiten el paso de las señales de baja frecuencia sin una atenuación significativa. Tales bobinas de reactancia

o chokes se pueden colocar en serie con las fuentes de potencia de 60 Hz. A cualquier

señal de alta frecuencia se le impedirá entrar al circuito de la fuente de potencia.

2. Elementos que se utilizan en combinación con los capacitores para permitir el paso únicamente a determinadas frecuencias (filtros selectivos).

3. Elementos que se utilizan para producir altos voltajes en aplicaciones tales como el encendido de las bujías de los automóviles.

4. Elementos que almacenan energía en los campos magnéticos como parte de los circuitos osciladores.

5. Elementos que actúan como trasductores para indicar cantidades no eléctricas como posición y velocidad.

6. Dispositivos que se utilizan para deflectar un haz de electrones en los tubos de rayos catódicos de la televisión. (Los tubos de rayos catódicos de los osciloscopios utilizan un sistema de deflexión electrostático.)

ESTRUCTURA DE LAS BOBINAS

Las inductancias se construyen devanando alambre en bobinas de varias configuraciones. Esto restringe el campo magnético al espacio físico alrededor de la inductancia y crea un efecto inductivo mayor por unidad de volumen del elemento. (para una bobina toroidal que devana apretadamente el campo magnético, está confinado casi totalmente al espacio cerrado por el devanado.)

Los principales factores que determinan la magnitud de la inductancia de una bobina son:

1.- El número de vueltas de la bobina,

2.- El tipo y forma del material del núcleo y en una extensión menor, 3.- El diámetro y espaciamiento de las vueltas.

Las bobinas están devanadas normalmente alrededor de núcleos de materiales ferromagnéticos por que esto hace la densidad de flujo magnético mucho mayor que si el núcleo es aire. La densidad de flujo mayor permite un incremento en la inductancia de la estructura. Pero éste tipo de núcleo también hace que la inductancia esté sujeta a pérdidas por histéresis y por corrientes inducidas.

TIPOS DE INDUCTORES

A cada inductor se asocia una resistencia igual a la de las vueltas, y una capacitancia dispersa debida a la capacitancia entre las vueltas de la bobina. Para incluir esos efectos, se muestra en la figura 3.23 el circuito equivalente para el inductor.

Sin embargo, la función primaria del inductor es introducir inductancia “no resistencia o capacitancia” en la red. Por esta razón, los símbolos utilizados para la inductancia son como se ilustra a continuación (figura 3.24):

Resistencia de las

Vueltas de alambre Inductancia de la bobina

Capacitancia distribuida

Al igual que los capacitores, todos los inductores se pueden dividir en dos grupos generales: Fijos y variables.

INDUCTORES FIJOS.

Ejemplos de inductores fijos son los de núcleo de aire y núcleo de hierro. A continuación se muestran algunos tipos de inductores fijos (figura 3.25).

Núcleo de aire Núcleo de hierro Variable (sintonizada por permeabilidad)

Figura 3.24. Símbolos que se utilizan para la inductancia.

Inductor y resistor en un módulo 1.0 H a 8 A, 8 kV de tensión de trabajo (cortesía de International Business Machines Corporation) (cortesía de Basler Electric Company)

0.025 a 0.11 H de inductancia total, dependiendo de las conexiones en serie o en paralelo; 5/16” de diámetro x 3/16” de altura y 1/20 de onza de peso.

(Cortesía de la United Transformer Corporation)

Inductores moldeados, de 0.15 a 68H, 47 a 10,000H y 0.10 a 10H.

Figura 3.27. Inductor toroidal de 25 mH. Capacitancia distribuida típica de 127 pF.

(Cortesía de Microtran Company, Inc)

Otro ejemplo de inductores fijos es el inductor toroidal el cual se describe a continuación:

INDUCTANCIAS TOROIDALES.

El toroide es una inductancia de gran eficiencia debido a su forma. Virtualmente todo el flujo producido por la bobina está encerrado por el devanado produciendo un gran valor de inductancia por unidad de volumen. Además, las inductancias toroidales son relativamente inmunes a los campos magnéticos parásitos. Las desventajas de las inductancias toroidales es el alto costo de su devanado debido a su forma circular.

Las inductancias toroidales se construyen en varias formas. Una forma consiste en enrollar en forma de anillo una tira larga y delgada (figura 3.26), para formar un núcleo que es, en efecto, laminado.

Otro método de construcción es apilar una serie de arandelas hasta conseguir el espesor deseado para el núcleo. Si se desea proteger el núcleo contra el medio ambiente, se puede cubrir con caucho sintético y envasar toda la inductancia en bakelita (figura 3.27).

Figura 3.26. Toroide de cinta devanada.

INDUCTANCIAS VARIABLES.

Para algunas aplicaciones se requieren inductancias variables y no fijas tal como sucede en los circuitos de sintonía, desfasadores, conmutadores. Estas inductancias se pueden construir en diversas formas. La figura siguiente muestra dos formas utilizadas comercialmente para obtener una inductancia variable. La inductancia de la figura 3.28(a) se varía al pasar el interruptor de una toma a otra. En la figura 3.28 (b) se emplea un núcleo móvil. A medida que el núcleo se introduce dentro de la bobina, se incrementa la inductancia. Diseñado en forma apropiada el espacio entre las vueltas de la bobina, se puede obtener una variación lineal con el movimiento del núcleo.

En la figura 3.29 tenemos un ejemplo de inductor variable.

( a ) ( b )

Figura 3.28. Inductancias variables (a) Con conmutador de tomas (b) Con núcleo variable

Figura 3.29. Inductor variable de 0.2 a 2 H.