Primeros pasos con la electrónica: Inductores

Publicado por Loli Diéguez en

Ahora toca hablar de los inductores, que te los puedes encontrar tanto en fuentes de alimentación, en radios, televisores, radares, motores eléctricos y cargadores inalámbricos.

Antes de sumergirnos en los detalles de un inductor, comencemos primero con algo con lo que estemos familiarizados. Al igual que un condensador, un inductor también tiene la función de almacenar energía eléctrica. Excepto que, en lugar de almacenar energía en un campo eléctrico como lo hace un condensador, un inductor almacena energía en un campo magnético.

Ambos realizan una funcion similar, almacenan energía, solo que lo hacen de forma diferente. Donde al capacitor o condensador le gusta mantener un voltaje constante, un inductor prefiere mantener una corriente constante. Ambos están logrando el mismo objetivo final de almacenar e impedir el flujo de energía, solo que a su manera.

A diferencia de la complejidad de la estructura física de un condensador, los inductores son un poco más simples y consisten en una simple bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo de hierro o incluso de aire. Pero, ¿por qué la forma de la bobina?

Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor, se desarrolla un campo magnético alrededor de ese conductor. Los inductores aprovechan esta propiedad natural amplificando el tamaño del campo magnético con un alambre enrollado. Cuando se envía una corriente a través de una bobina de cobre, obtienes un campo magnético que es mucho más grande y mucho más fuerte que el que obtendrías en un camino recto de cobre.

 

Ahora que sabe qué es un inductor, ¿cómo funciona exactamente en un circuito? Los inductores funcionan según una propiedad llamada inductancia , que es simplemente la capacidad de almacenar cierta cantidad de energía en un campo magnético.

Pensemos en un ejemplo simple como una rueda de agua para entender lo que está sucediendo aquí. Digamos que tienes un río represado con una rueda de agua en el canal del río, listo para generar algo de electricidad. Ahora digamos que abres esa barrera y envías agua hacia la rueda de agua. Cuando golpea la rueda, inicialmente el agua se ralentizará a medida que la rueda hidráulica trabaja para igualar la velocidad del agua. Ese es el proceso de un inductor que se "carga" a medida que se envía corriente a través de él. 

Y luego imagina que decides volver a represar el río. Esa rueda de agua se reducirá a un ritmo suave y constante hasta que vuelva a detenerse. Y al igual que un condensador, el proceso de colapso de un campo magnético cuando no hay flujo de corriente ocurre de manera constante a lo largo del tiempo, pero no todo a la vez. 

La inductancia se mide en Henry (H) y está controlada por cuatro factores:

  • El número de bobinas: más bobinas significa más inductancia.
  • El material alrededor del cual se envuelven las bobinas (el núcleo).
  • El área de la sección transversal de la bobina: más área significa más inductancia.
  • La longitud de la bobina: una bobina corta significa bobinas más estrechas (o superpuestas), lo que significa más inductancia.

  

Inductancia mutua

Como la bobina portadora de corriente produce un campo magnético a su alrededor, si se acerca otra bobina a esta bobina, de modo que esté en la región de flujo magnético de la primera bobina, entonces el flujo magnético variable induce un EMF en la segunda bobina. Esta primera bobina se llama bobina primaria y la segunda bobina secundaria.

La inductancia mutua es el principio de funcionamiento básico del transformador, motores, generadores y cualquier otro componente eléctrico que interactúe con otro campo magnético.  

 

 

Los inductores generalmente se clasifican según el tipo de núcleo interno alrededor del cual están enrollados. 

Estos son los tipos más comunes:

Inductor de núcleo de aire

Como sugiere el nombre, este tipo de inductor no tiene núcleo, el material del núcleo es aire. Dado que el aire tiene una permeabilidad relativamente baja, la inductancia de los inductores de núcleo de aire es bastante baja, rara vez por encima de 5 μH. Dado que tienen una inductancia baja, la tasa de aumento de corriente es bastante rápida para un voltaje aplicado y eso los hace capaces de manejar altas frecuencias. Se utilizan principalmente en circuitos de radio frecuencia

Inductor de núcleo de hierro

El hierro es quizás el material magnético más reconocible, lo que lo convierte en una opción ideal para inductores. Por lo general, se utilizan para el filtrado de líneas de baja frecuencia, ya que pueden ser bastante robustos y tener una gran inductancia. También se utilizan en equipos de audio.

Inductor de núcleo de ferrita

La ferrita es solo un polvo de óxidos de hierro. Este polvo se mezcla con una resina epoxi y se moldea para formar núcleos alrededor de los cuales se pueden enrollar los alambres. Los inductores de núcleo de ferrita son fácilmente los más reconocibles debido a su opaco color gris-negro. También son muy frágiles y se rompen fácilmente. Son el tipo de inductores más utilizado, ya que la permeabilidad se puede controlar con precisión controlando la proporción de ferrita a epoxi en la mezcla.

Inductor variable

Probablemente, el tipo más común de inductor variable en la actualidad es uno con un núcleo magnético de ferrita móvil, que se puede deslizar o atornillar dentro o fuera de la bobina. Mover el núcleo hacia la bobina aumenta la permeabilidad, aumentando el campo magnético y la inductancia. Muchos inductores utilizados en aplicaciones de radio (generalmente menos de 100 MHz) usan núcleos ajustables para sintonizar dichos inductores a su valor deseado.

 


Inductores en serie

En los tutoriales sobre resistencias vimos que los diferentes valores de las resistencias conectadas entre sí en serie simplemente se suman y esto también es cierto para los inductores. 

Los inductores en serie simplemente se suman porque el número de vueltas de la bobina aumenta efectivamente, siendo la inductancia total del circuito igual a la suma de todas las inductancias individuales.

 

Inductores en paralelo

Los inductores en paralelo también se comportan de la misma manera que las resistencias en paralelo. La siguiente fórmula se puede utilizar para calcular el valor total.

 


Estranguladores

Un estrangulador es un inductor diseñado específicamente para bloquear la corriente alterna (CA) de alta frecuencia en un circuito eléctrico, al tiempo que permite que pasen las señales de CC o de baja frecuencia. Por lo general, consiste en una bobina de alambre aislado enrollado en un núcleo magnético, aunque algunas consisten en un "cordón" en forma de rosquilla de material de ferrita ensartado en un alambre.

 

Transformadores

El transformador es otra aplicación popular de inductores. Combinando los inductores de campo magnético compartido, podemos diseñar un transformador. 

El transformador es el componente básico y fundamental del sistema de transmisión de energía. Estos se utilizan para aumentar o disminuir la potencia en las líneas de transmisión al nivel requerido, como transformadores elevadores y reductores, respectivamente.

Solenoides

Solenoide es el término genérico para una bobina de alambre que se utiliza como electroimán. También se refiere a cualquier dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica mediante un solenoide. 

El dispositivo crea un campo magnético a partir de la corriente eléctrica y utiliza el campo magnético para crear un movimiento lineal. 

Los solenoides son increíblemente versátiles y extremadamente útiles. Se encuentran en todo, desde equipos de fábrica automatizados hasta pistolas de paintball e incluso timbres. 

En un timbre, el timbre audible se produce cuando un pistón de metal golpea una barra de tono. La fuerza que mueve el pistón es el campo magnético de un solenoide que recibe corriente eléctrica cuando se presiona el timbre.                                                                                                                                

Relés

Los relés son interruptores que abren y cierran circuitos electrónicamente. Los relés controlan un circuito eléctrico abriendo y cerrando contactos en otro circuito.

Cuando un relé está normalmente abierto (NO), hay un contacto abierto cuando el relé no está energizado. Cuando un relé está normalmente cerrado (NC), hay un contacto cerrado cuando el relé no está energizado. En cualquier caso, la aplicación de corriente eléctrica a los contactos cambiará su estado.                                                                                                                                

Filtros

Los inductores se utilizan ampliamente con condensadores y resistencias para crear filtros para circuitos analógicos y en el procesamiento de señales de comunicaciones.

Combinándolos de varias formas, se pueden crear topologías de filtro avanzadas para cualquier número de aplicaciones. Los filtros se utilizan en la mayoría de la electrónica, aunque a menudo se utilizan condensadores en lugar de inductores cuando es posible, ya que son más pequeños y más baratos.

 

Motores de inducción

Normalmente, los inductores están en una posición fija y no se les permite moverse para alinearse con ningún campo magnético cercano. Los motores inductivos aprovechan la fuerza magnética aplicada a los inductores para convertir la energía eléctrica en energía mecánica.

Los motores inductivos están diseñados para que se crea un campo magnético giratorio a tiempo con una entrada de CA. La mayor ventaja de los motores inductivos sobre otros diseños es que no se requiere ningún contacto eléctrico entre el rotor y el motor, lo que hace que los motores inductivos sean muy robustos y fiables.

                                                                                                                                

Sensores inductivos

Los inductores se pueden usar para hacer un sensor de proximidad, un oscilador genera un campo magnético fluctuante alrededor del devanado de la bobina, que se ubica en la cara de detección del dispositivo. Cuando un objeto se mueve en el campo del área de detección de proximidad inductiva, las corrientes parásitas comienzan a acumularse en el objeto metálico, lo que reducirá el campo magnético del sensor inductivo.

La fuerza del oscilador es monitorizada por el circuito de detección y se dispara una salida desde el circuito de salida, cuando las oscilaciones están por debajo del nivel suficiente.

Los sensores inductivos también se pueden utilizar para controlar las señales de tráfico en una intersección de carreteras. Los sensores, enterrados en el pavimento, pueden detectar el cambio en su inductancia cuando pasa un vehículo. Esto se puede utilizar para detectar vehículos y ajustar la sincronización de las señales de tráfico o proporcionar una señal de giro en una intersección con mucho tráfico.                                                                                                                                

Carga inalámbrica

La carga inductiva, también conocida como carga inalámbrica, es un método para cargar la batería en dispositivos eléctricos portátiles sin tener que conectar el dispositivo directamente a una toma de corriente.

Tanto el dispositivo como la plataforma de carga contienen bobinas de inducción. En su forma más básica, las bobinas de inducción son simplemente un núcleo de hierro envuelto en alambre de cobre. Cuando el teléfono u otro dispositivo portátil se coloca en la plataforma de carga inalámbrica, la proximidad de las bobinas permite que se crea un campo electromagnético. Este campo electromagnético permite que la electricidad pase de una bobina (en la plataforma de carga) a la otra (en el teléfono). La bobina de inducción del teléfono utiliza la electricidad transferida para cargar la batería del dispositivo.

                                                 

Como uno de los componentes básicos, los inductores tienen una rica historia en electrónica, desde motores giratorios hasta carga inalámbrica de tu teléfono.

Tan útiles como son los inductores, el mayor problema con su uso es su tamaño físico.

Los inductores a menudo eclipsan a todos los demás componentes electrónicos utilizados en un circuito y también agregan mucho peso. Incluso con los desafíos de usar inductores, son un componente esencial en varias aplicaciones.


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