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Fundamentos de la inductancia
29 Dec 2023
1. Introducción
Los inductores están conectados a resistencias ® y condensadores ©. Los componentes pasivos importantes en paralelo a veces se denominan bobinas. Por lo general, una bobina se refiere a un devanado de alambre circular y la bobina en un circuito se refiere a un inductor.
El símbolo de un inductor suele estar representado por "L". Este movimiento es en memoria del físico Heinrich Lenz, un físico ruso.

La estructura básica de un inductor es enrollar los cables en forma de bobina, lo que puede convertir la energía eléctrica en energía magnética y almacenarla dentro del inductor. La energía magnética acumulada está determinada por el valor de inductancia del inductor y la unidad de valor de inductancia es Henry (H).

2. La estructura básica de la inductancia.

El inductor más básico es un inductor que enrolla cables en forma de bobina, con terminales externos en ambos extremos del cable. En los últimos años, una gran proporción de inductores se han fabricado enrollando cables alrededor de núcleos magnéticos.

El valor de la inductancia de un inductor se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

3. Símbolo de inductancia

tipo

Inductor (sin núcleo magnético)

Inductor (núcleo de hierro)




4. Voltaje y corriente de la inductancia
Como se indica en la estructura, los inductores se fabrican simplemente enrollando cables, por lo que básicamente fluye una corriente a través de ellos cuando se aplica voltaje. Sin embargo, los inductores son componentes diseñados para utilizar la inducción electromagnética, en lugar de simplemente hacer que la corriente fluya a través de ellos. Esto explica la función del inductor cuando se aplica voltaje CC y voltaje CA.

4.1 Voltaje CC
Como se muestra en el diagrama del circuito, cuando el interruptor está cerrado y se aplica un voltaje CC al inductor, la corriente fluirá hacia el inductor. A medida que la corriente fluye hacia el inductor (devanado), el haz magnético generado también cambiará y se generará una fuerza electromotriz (fuerza electromotriz inducida) en el inductor. Básicamente, un inductor es un devanado separado, por eso se le llama "autoinductancia". Esta fuerza electromotriz se genera en sentido contrario a la corriente, dificultando el aumento de la corriente. Por el contrario, una vez que se desconecta el interruptor y la corriente comienza a disminuir, el inductor evitará que la corriente disminuya.


La corriente (IL) representa la siguiente situación: cuando el interruptor está cerrado, la corriente fluirá hacia afuera, pero debido a la obstrucción del aumento de la fuerza electromotriz, la corriente aumentará a una cierta constante de tiempo. Después del aumento, dependerá del componente de resistencia y fluirá una corriente constante. Una vez que se abre el interruptor, la corriente disminuirá, pero se volverá cero en un cierto tiempo constante de la misma manera.

El voltaje (VL) representa la fuerza electromotriz del inductor cuando el interruptor está cerrado y cuando está abierto. Como se muestra en la fórmula, la tasa de cambio entre la fuerza electromotriz generada en el inductor y la corriente (Δ I/ Δ t) Directamente proporcional.

Como se muestra en la forma de onda actual, cuando el interruptor está cerrado, la corriente aumentará lentamente, por lo que la fuerza electromotriz solo aumentará hasta el voltaje de la fuente de alimentación. Cuando se apaga el interruptor, la corriente se corta instantáneamente, lo que resulta en una fuerte disminución de la corriente y un aumento en la tasa de cambio por unidad de tiempo en comparación con cuando se enciende el interruptor, lo que resulta en una mayor fuerza electromotriz.
Además, cuando se desconecta el interruptor, la corriente no se vuelve cero instantáneamente porque hay una corriente de descarga que fluye a través de los terminales del interruptor debido al alto voltaje generado por la inductancia.
La razón por la que se puede generar una fuerza electromotriz tan alta es porque, como se mencionó al principio de "el llamado inductor", el inductor es capaz de convertir energía eléctrica en energía magnética y almacenarla dentro del inductor. La energía acumulada se puede representar mediante la siguiente ecuación, que es directamente proporcional a la magnitud del valor de la inductancia.

Voltaje de CA
La descripción anterior describe que la magnitud de la fuerza electromotriz generada en el inductor es directamente proporcional a la tasa de cambio de la corriente que fluye hacia el inductor, que también es la misma en las formas de onda de CA.

(1) En primer lugar, cuando la corriente aumenta desde cero, la tasa de cambio de la corriente se maximiza, lo que resulta en un aumento del voltaje. Sin embargo, el voltaje disminuye a medida que aumenta la corriente, y en el punto en que la corriente alcanza su máximo (la tasa de cambio de la corriente es cero), el voltaje se vuelve cero.
(2) Cuando la corriente comienza a disminuir desde su valor máximo, se genera un voltaje negativo, y cuando la corriente llega a cero (la tasa de cambio de la corriente es la máxima), el voltaje es el más bajo.
Para las áreas de (3) y (4), se aplica la misma situación.

Al observar las formas de onda de corriente y voltaje, si la forma de onda de corriente es una onda sinusoidal, entonces la forma de onda de voltaje también es una onda sinusoidal. Además, se puede aclarar que la forma de onda de la corriente se desvía 1/4 de ciclo en comparación con la forma de onda del voltaje (el desfase de la corriente es de 90 °).
En respuesta al gran cambio en la corriente, habrá un voltaje mayor, y también se puede entender que cuanto mayor sea la tasa de cambio en la corriente, mayor aumentará el voltaje a altas frecuencias.
Sin embargo, el voltaje real del inductor es el mismo que el voltaje de la fuente de alimentación de CA. Por tanto, si tomamos el voltaje como referencia, se puede decir que la corriente que circula por él disminuye cuando la frecuencia aumenta a un voltaje constante.
Es decir, cuanto mayor es la frecuencia durante la comunicación, menos fácilmente fluye la corriente y el inductor actúa como una resistencia.
A esto lo llamamos inductancia de una bobina (Ω). La impedancia y la corriente que fluye se pueden representar mediante la siguiente ecuación.


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