Indutor Quirks

Em um caso ideal, um indutor atua como um dispositivo puramente reativo. Ou seja, sua oposição à corrente AC é estritamente baseada na reação indutiva às mudanças na corrente, e não no atrito de elétrons como é o caso dos componentes resistivos.

No entanto, os indutores não são tão puros em seu comportamento reativo. Para começar, eles são feitos de fio, e sabemos que todo fio possui alguma quantidade mensurável de resistência (a menos que seja fio supercondutor).

Esta resistência embutida age como se estivesse conectada em série com a indutância perfeita da bobina, assim:

Indutor Circuito equivalente a um indutor real.



Consequentemente, a impedância de qualquer indutor real sempre será uma combinação complexa de resistência e reatância indutiva.

Para agravar este problema está algo chamado de efeito de pele , que é a tendência de AC de fluir através das áreas externas da seção transversal de um condutor, em vez de pelo meio. Quando os elétrons fluem em uma única direção (DC), eles usam toda a área da seção transversal do condutor para se mover.

Os elétrons que mudam as direções do fluxo, por outro lado, tendem a evitar viajar até o meio de um condutor, limitando a área de seção transversal efetiva disponível. O efeito cutâneo torna-se mais pronunciado à medida que a frequência aumenta.

Além disso, o campo magnético alternado de um indutor energizado com CA pode irradiar para o espaço como parte de uma onda eletromagnética, especialmente se a CA for de alta frequência. Essa energia irradiada não retorna para o indutor e, portanto, se manifesta como resistência (dissipação de potência) no circuito.

Correntes parasitas em indutores

Somados às perdas resistivas do fio e da radiação, existem outros efeitos em ação nos indutores de núcleo de ferro que se manifestam como resistência adicional entre os fios. Quando um indutor é energizado com CA, os campos magnéticos alternados produzidos tendem a induzir correntes circulantes dentro do núcleo de ferro conhecidas como correntes parasitas .

Essas correntes elétricas no núcleo de ferro têm que superar a resistência elétrica oferecida pelo ferro, que não é um condutor tão bom quanto o cobre. As perdas por correntes parasitas são neutralizadas principalmente pela divisão do núcleo de ferro em muitas folhas finas (laminações), cada uma separada da outra por uma fina camada de verniz eletricamente isolante.

Com a seção transversal do núcleo dividida em muitas seções isoladas eletricamente, a corrente não pode circular dentro dessa área da seção transversal e não haverá nenhuma (ou muito poucas) perdas resistivas desse efeito.

Como você poderia esperar, as perdas por correntes parasitas em núcleos de indutores metálicos se manifestam na forma de calor.

O efeito é mais pronunciado em frequências mais altas e pode ser tão extremo que às vezes é explorado em processos de fabricação para aquecer objetos de metal!

Na verdade, este processo de "aquecimento indutivo" é frequentemente usado em operações de fundição de metal de alta pureza, onde os elementos metálicos e ligas devem ser aquecidos em um ambiente de vácuo para evitar a contaminação pelo ar e, portanto, onde a tecnologia de aquecimento por combustão padrão seria inútil.

É uma tecnologia “sem contato”, a substância aquecida não precisa tocar a (s) bobina (s) que produzem o campo magnético.

Em serviço de alta frequência, correntes parasitas podem até mesmo se desenvolver dentro da seção transversal do próprio fio, contribuindo para efeitos resistivos adicionais. Para neutralizar essa tendência, fio especial feito de fios muito finos e isolados individualmente chamados de fio Litz (abreviação de Litzendraht ) pode ser usado.

O isolamento que separa os fios uns dos outros evita que correntes parasitas circulem por toda a área da seção transversal do fio.

Além disso, qualquer histerese magnética que precise ser superada com cada reversão do campo magnético do indutor constitui um gasto de energia que se manifesta como resistência no circuito.

Alguns materiais básicos (como a ferrita) são particularmente notórios por seu efeito histérico. A melhor maneira de neutralizar esse efeito é por meio da seleção adequada do material do núcleo e dos limites do pico de intensidade do campo magnético gerado em cada ciclo.

Ao todo, as propriedades resistivas parasitas de um indutor real (resistência do fio, perdas de radiação, correntes parasitas e perdas de histerese) são expressas sob o único termo de "resistência efetiva:"

Circuito equivalente de um indutor real com perdas por efeito de pele, radiação, corrente parasita e histerese.



É importante notar que o efeito de pele e as perdas de radiação se aplicam tão bem a extensões retas de fio em um circuito CA quanto a um fio em espiral. Normalmente, seu efeito combinado é muito pequeno para notar, mas em frequências de rádio, eles podem ser muito grandes.

Uma antena transmissora de rádio, por exemplo, é projetada com o propósito expresso de dissipar a maior quantidade de energia na forma de radiação eletromagnética.

Fator de qualidade (Fator Q)

A resistência efetiva em um indutor pode ser uma consideração séria para o projetista do circuito CA. Para ajudar a quantificar a quantidade relativa de resistência efetiva em um indutor, existe outro valor chamado fator Q , ou "fator de qualidade", que é calculado da seguinte forma:







O símbolo “Q” não tem nada a ver com carga elétrica (coulombs), o que tende a ser confuso. Por alguma razão, os poderes constituídos decidiram usar a mesma letra do alfabeto para denotar uma quantidade totalmente diferente.

Quanto mais alto for o valor de “Q”, mais “puro” será o indutor. Por ser tão fácil adicionar resistência adicional, se necessário, um indutor de alto Q é melhor do que um indutor de baixo Q para fins de projeto. Um indutor ideal teria um Q infinito, com resistência efetiva zero.

Como a reatância indutiva (X) varia com a frequência, o mesmo ocorrerá com Q. No entanto, uma vez que os efeitos resistivos dos indutores (efeito pele do fio, perdas de radiação, corrente parasita e histerese) também variam com a frequência, Q não varia proporcionalmente com a reatância. Para que um valor Q tenha um significado preciso, ele deve ser especificado em uma frequência de teste particular.



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