Noções básicas de indutores:tudo o que você precisa saber

Indutores são raros para eletrônicos de hobby. No entanto, eles são essenciais para aprender se você estiver fazendo algo que envolva corrente alternada (CA). Eles são tão populares quanto os resistores em aplicações que usam CA. Eles impõem mudanças no fluxo de corrente. Como resultado, eles são ótimos para filtrar sinais e transformar entre diferentes tensões CA. É por isso que muitas vezes os usamos em fontes de alimentação variáveis. Estas são apenas algumas das razões pelas quais você deve aprender sobre indutores. No entanto, este guia irá explorar alguns dos princípios básicos do indutor.

O que é um indutor?

Um conjunto de bobinas de indutância

Um indutor é um componente eletrônico que armazena energia transitoriamente. Consequentemente, ele usa um campo magnético para conseguir isso. Geralmente, a maioria dos indutores aparece como uma bobina de fio (geralmente fio de cobre) em torno de um molde magnético ou não magnético. Formadores podem usar os seguintes tipos principais de material de núcleo:

• Núcleo de Ferro
• Núcleo de ferrite
• Núcleo de ar
• Indutores de núcleo cerâmico

Consequentemente, indutores de núcleo de ferrite e ferro podem ser os mais preferidos porque podem gerar campos magnéticos maiores e, assim, armazenar mais energia.

Como funciona um indutor?

Um indutor

Como você deve ter notado, os indutores não precisam necessariamente de formadores para funcionar. A maioria dos indutores de ar são fios bem isolados enrolados juntos sem um centro. Por causa da Lei da Indução de Faraday, quando uma corrente elétrica passa por uma bobina, ela cria um campo magnético.

Quando enrolamos um aglomerado de fios, isso pode criar um campo magnético ainda maior. À medida que a corrente flui através deste aglomerado, torna-se energia magnética. No entanto, quando a corrente para de fluir, o campo eletromagnético se rompe e a energia magnética se transforma em energia eletrônica. Nesta fase, imita um pedaço de arame clássico.

No entanto, leva um tempo antes que o indutor se transforme e libere toda a energia magnética e elétrica, e este é o conceito básico de eletromagnetismo no qual todos os indutores funcionam.

Para ilustrar, podemos pensar em indutores como grandes rodas d'água. Quando você tem uma roda d'água estacionária pesada e começa a fluir água através dela, levará algum tempo e energia para fazer a roda girar. No entanto, uma vez que comece a girar e tenha um impulso substancial, levará algum tempo para parar de girar quando você cortar o suprimento de água. Os indutores funcionam com o mesmo princípio, mas com uma carga elétrica.

Essa resistência ao fluxo elétrico é o que conhecemos como indutância. Ele descreve a relação entre o fluxo magnético e a corrente elétrica que o induz. Há uma grande variedade de diferentes tipos de indutores no mercado de eletrônicos. Todos eles têm suas próprias propriedades básicas, construções e propósitos únicos.

Diferenças entre indutores e capacitores

Capacitores e indutores da placa de fonte de alimentação

Embora indutores e capacitores tenham funções semelhantes, eles funcionam de maneira bem diferente. Ambos são componentes passivos que armazenam energia de um circuito e depois a descarregam. No entanto, um capacitor armazena energia em um campo elétrico. Em contraste, os indutores armazenam energia em um campo magnético e a liberam como energia elétrica. Consequentemente, este é um processo que conhecemos como indução eletromagnética.

Notavelmente, é aqui que os indutores recebem seus nomes. No entanto, geralmente usamos capacitores em aplicações eletrolíticas de alta tensão, como fontes de alimentação.

Também podemos usá-los em aplicações de baixa tensão e propósitos gerais onde exigimos grandes valores de capacitância. Por outro lado, usamos indutores e aplicações AC como rádio TV.

Símbolo do indutor

Medimos a indutância usando a unidade SI de indutância, que conhecemos como Henry (H). Recebe o nome de Joseph Henry, um cientista proeminente que descobriu a indutância mútua. No entanto, os diferentes símbolos eletrônicos para indutores são assim:

Símbolos elétricos/eletrônicos para indutores

Como medir a indutância

Antes de podermos explorar como medir a indutância, precisamos examinar quais fatores influenciam a indutância.

Fatores que influenciam a indutância

Uma coleção de indutores de estrangulamento industriais

Podemos determinar a indutância eletromagnética de um indutor por quatro fatores principais:

• Número de voltas da bobina (N )
• Material do núcleo e permeabilidade (μ)
• A área da seção transversal da bobina (A)
• Comprimento da bobina (l )

A indutância é diretamente proporcional à permeabilidade. Se aumentarmos a permeabilidade, aumentamos a indutância. Vamos considerar o indutor do núcleo de ar. O ar tem uma permeabilidade relativa de 1 (μ =1). Isso ocorre porque o ar, assim como a cerâmica, praticamente não possui propriedades magnéticas e, portanto, não aumenta a indutância da bobina de forma alguma.

Se você precisar de um indutor com indutância mais alta, considere usar um núcleo com material magnético ou material ferromagnético. Aliás, indutores de núcleo magnético têm permeabilidade que varia nas centenas (μ =100+).

Como tal, eles fornecem uma indutância significativamente maior para o mesmo indutor de tamanho. É por isso que os fabricantes tendem a evitar a construção de indutores com núcleo de ar. Embora você possa pensar que é uma boa ideia usar o material do núcleo com a maior permeabilidade, não é porque o tipo de material do núcleo afeta a potência e a eficiência térmica.

Os materiais compostos de ferrite e metal são dois tipos de núcleos que os fabricantes costumam usar em condutores. Cada tipo de material tem pontos fortes e fracos. Por exemplo, o material de ferrite tende a ter uma permeabilidade muito alta e um alto valor de indutância para um determinado tamanho de embalagem.

No entanto, a instabilidade térmica pode ser um fator que dissuade as pessoas de escolherem este material de núcleo. Operar a corrente de entrada acima do nível de saturação pode causar superaquecimento e falha do circuito eletrônico.

Os núcleos compostos de metal tendem a ser mais desejáveis ​​devido às suas características de saturação mais suaves. Isso pode estar mais próximo do seu indutor ideal. No entanto, ao escolher um indutor, esses são os fatores que você precisa considerar. Eles controlam e influenciam as propriedades eletromagnéticas do indutor.

Como calcular os microhenries da bobina de um indutor

Para encontrar a indutância de uma bobina, você precisará medir o comprimento (L) e o diâmetro (d) do loop, bem como contar o número (N) de voltas (ou anéis no loop). Em seguida, você deve elevar ao quadrado o número de voltas (N^2) e o diâmetro (D^2). Em seguida, você precisará multiplicar os números quadrados uns pelos outros. Em um cálculo separado, multiplique o diâmetro por 18 (18D) e adicione-o ao comprimento, que você multiplica por 40 (40L).

Divida a primeira equação pela segunda equação. Sua equação final ficará assim:

μH =(N^2)(D^2) ÷ (18D + 40L)

Os cálculos acima revelarão os microhenries de uma bobina. Para converter microhenries em henries, você precisará pegar o resultado da análise acima e dividi-lo por 1.000.000. Isto é porque:

• 1μH =0,000001H
• 1H =1.000.000μH

Você pode encontrar calculadoras de indutância de bobina online ou comprar indutores de um valor conhecido para facilitar a sua vida.

Indutores em série e paralelo

Assim como colocar resistores e capacitores em série e paralelo, você provavelmente vai querer fazer a mesma coisa com indutores. Como regra geral, os indutores adicionam cordas e paralelos da mesma forma que os resistores. Assim, a equação para resistores em série e paralelo é semelhante para indutores.

Indutores em série se somam como resistores. Digamos que você tenha dois indutores em série (L1 e L2). A equação ficará assim:

Total =L1 + L2

Diagrama de circuito de indutores em uma série

Isso faz sentido porque é a mesma corrente passando por todos os indutores. Assim, se houver uma mudança no calado, a diferença em todos os indutores é a mesma. Quando conectamos indutores em paralelo, a indutância total será menor que cada indutor.

Consequentemente, cada indutor está experimentando menos do que a quantidade total de corrente elétrica que passa pelo circuito elétrico porque a corrente elétrica se divide. Como tal, a razão entre o fluxo magnético e a corrente elétrica é diferente. Assim, a equação ficará assim:

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

Diagrama de circuito Se os indutores estiverem em paralelo

Energia armazenada por um indutor

Nesta seção, exploraremos como calcular a quantidade de energia elétrica em um indutor.

Vamos dar um exemplo onde uma corrente de 15A (Amperes) flui através de um indutor de 200mH. A energia armazenada é 1/2 da indutância multiplicada pelo quadrado do vento.

O modelo para nossa equação se parece com isso:

U =1/2L * I^2

Usando nosso exemplo, o primeiro passo que precisamos dar é converter mH (milihenrys) em H (henrys). Para fazer isso, você precisará multiplicar o valor da indutância mH por 10^-3. Assim, o cálculo e o resultado ficarão assim:

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

Uma vez que temos nossa indutância em Henrys, podemos calcular a energia do campo magnético. O cálculo fica assim:

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

U =22,5 Joules

Esta é a equação padrão para calcular a energia armazenada no campo magnético de um indutor.

Aplicações de indutores

O indutor como estrangulamento em um circuito

Tocamos brevemente em alguns dos usos de indutores na seção acima. No entanto, vamos dar uma olhada e expandir alguns desses aplicativos. Usamos indutores para:

• Aumente os conversores onde eles ajudam a aumentar a tensão de saída de corrente contínua (CC) enquanto diminui a corrente
• Para sufocar as fontes de corrente alternada e permitir que apenas a corrente contínua (CC) passe por um circuito
• Separação de diferentes frequências
• Circuitos de RF, circuitos analógicos e circuitos sintonizados
• Motores, transformadores, relés e uma ampla variedade de outros eletrônicos e conversores

Essas são as aplicações de indutores mais comuns e também podemos usar indutores de frequência mais alta em aplicações de rádio.

Resumo

É importante lembrar que você não pode medir a indutância com um multímetro padrão. No entanto, você pode encontrar modelos específicos com um medidor RLC integrado. No entanto, não revelará o resultado mais preciso para você. Para medir a indutância corretamente, você precisa usar um medidor RLC. Você pode conectar o indutor à unidade e ela fará um teste rápido para medir os valores. Alternativamente, você pode usar algumas das informações do guia acima para descobrir como calcular a indutância você mesmo. No entanto, esperamos que você tenha achado o texto acima útil. Como sempre, obrigado por ler.