El inductor, componente fundamental en los circuitos eléctricos y electrónicos, destaca por su sencillez de fabricación
y la importancia de su función. Consiste en un alambre conductor, típicamente de cobre, enrollado en forma helicoidal.
sobre un núcleo que puede tener diferentes geometrías, como circular, cuadrada o elíptica. La inductancia del inductor, que es
la propiedad de generar una fuerza electromotriz opuesta a la variación de la corriente eléctrica que la atraviesa, es directamente
influenciado por esta geometría. La unidad de medida estándar para la inductancia es el henrio (H), y para valores más pequeños,
se utilizan sus submúltiplos: milihenrio (mH), microhenrio (µH) y nanohenrio (nH). Estos componentes son esenciales
para almacenamiento de energía magnética, filtrado de señales y en muchas otras aplicaciones que dependen de su
capacidad de resistir cambios en la corriente eléctrica.
Como en los condensadores, también podemos variar la inductancia de un inductor cambiando
el material que llena su núcleo. Así, podemos tener inductores con núcleo a aire,
ferrita u otro material ferromagnético cualquiera.
Cabe resaltar que cuando una corriente eléctrica, de cualquier naturaleza, circula
por el devanado del inductor, ésta genera un flujo magnético en su interior.
Este flujo magnético puede ser constante o variable.
Por definición, la inductancia de un inductor es dada por eq. 04-01:
eq. 04-01
En esta ecuación, N es el número de espiras del inductor, mientras que Φ es el
flujo magnético en webers y i es la corriente eléctrica, en amperio,
que circula por el inductor.
En análisis de circuitos, la tensión en el inductor siempre tiene una polaridad opuesta a la fuente
que la generó, y así, la tensión media sobre el inductor es:
eq. 04-02
Esta ecuación significa que si no hay variación en la corriente eléctrica que circula por el inductor,
entonces la tensión en sus terminales será igual a CERO. Esta es una característica muy
importante del inductor y veremos con más detalles en el item 5.
Lo que caracteriza una asociación serie es términos vinculados a un nodo
sólo dos componentes. Así, podemos decir que si el circuito fuera alimentado por una
fuente de corriente, la corriente que atravesaría el
circuito sería el mismo en cualquier inductor del circuito.
Figura 04-01
En la Figura 04-01 vemos una asociación serie.
Podemos sustituir a todos los inductores que forman parte del
circuito por un único inductor equivalente. El valor del inductor
equivalente es dado por la siguiente ecuación:
Leq = L1 + L2 + L3
Evidentemente se puede generalizar para "n" inductores en serie,
de acuerdo con la eq.04-03, que se muestra a continuación.
Lo que caracteriza una asociación paralelo es que todos los inductores
están sometidos a una misma diferencia de potencial.
Figura 04-02
En la Figura 04-02 vemos una asociación paralela de inductores.
Podemos sustituir a todos los inductores que forman parte del
circuito por un único inductor equivalente. Si tenemos "n" inductores
podemos calcular el valor del inductor
equivalente con la ecuación eq. 04-04:
En la asociación mixta, mostrado en la Figura 04-03, como el propio nombre está diciendo,
tendremos un circuito que contiene, tanto asociación en paralelo, como en serie. Para solucionarlo, primero
se encuentra el resultado del paralelo entre L2 y L3 y,
se suman con el valor de L1.
Así como los condensadores pueden almacenar energía en el Campo Eléctrico que surge
cuando se aplica una tensión eléctrica entre sus placas, como vimos en el capítulo 3, los inductores
también pueden acumular energía en el Campo Magnético generado por el paso de la corriente
eléctrica a través de su bobina. Esta energía sólo depende de la inductancia y de la
corriente eléctrica que circula por el inductor y podemos calcularla
utilizando la ecuación eq. 04-05, que se muestra a continuación.
En este ítem, veremos cuál es el comportamiento de un inductor en relación a la corriente
continua (CC) o directa corriente (DC). Consideramos que en el inductor, inicialmente,
no circula corriente eléctrica en su bobinado, por lo tanto, posee
energía inicial igual a cero.
Cuando no es el caso, explicitaremos la condición inicial.
A continuación se describe una de las propiedades fundamentales de un inductor.
Basado en la propiedad anterior, el inductor asume características especiales cuando
sometido a variaciones de corriente eléctrica en sus terminales. Normalmente, se utiliza una resistor
en serie con el inductor para limitar la corriente eléctrica que circula por él. Así,
cuando el inductor es sometido, bruscamente, a una variación de tensión eléctrica,
se comporta como un circuito abierto.
En la Figura 04-04 podemos ver un circuito clásico
para estudiar el comportamiento del inductor.
Figura 04-04
En este circuito, tenemos una llave S, que permite conectar y desconectar la fuente de tensión
que alimenta el circuito. Al ser cerrada aplica una
tensión eléctrica proveniente de la fuente de tensión V,
en el circuito formado por el resistor en serie con el inductor. En la literatura técnica,
se representa el instante de cierre de la llave S, como el tiempo igual a
t = 0+.
La velocidad con que circula corriente eléctrica en el inductor,
depende de los valores de la inductancia del inductor y de la
resistencia eléctrica del resistor que se encuentra en serie con el inductor.
Los valores de estos dos componentes determinan la llamada constante de tiempo
y se representa por la letra griega τ (tau). Entonces podemos escribir la eq. 04-06.
eq. 04-06
Figura 04-05
Al aplicar, bruscamente, una tensión eléctrica sobre el inductor, su
inductancia no permite que ocurra una variación instantánea de la corriente
eléctrico en el circuito. Por lo tanto, si no hay corriente circulando por el circuito,
toda la tensión de la fuente estará sobre el inductor. Entonces,VL = V.
Cuando el circuito empieza a conducir corriente eléctrica, esta sube rápidamente
al principio de la conducción y alcanza el valor final de i = V / R
de forma exponencial. La Figura 04-05 muestra gráficamente este comportamiento del circuito. Y esto es íntimamente relacionado con la eq. 04-07 a continuación.
eq. 04-07
Atente al hecho de que cuando el tiempo crece, la corriente en el circuito tiende
para el valor final iL = V / R. Y, aproximadamente, después de cinco
constantes de tiempo, podemos decir que el circuito alcanzó el régimen permanente.
A partir de ese momento, toda la tensión de la fuente estará sobre el resistor y,
naturalmente, la tensión sobre el inductor será cero. Esto debido
que la corriente se vuelve constante, o sea, no varía con relación al tiempo,
y como se dijo anteriormente, la tensión sobre el inductor es nula. Entonces para
cálculos en circuitos eléctricos, debemos considerar el inductor como un
cortocircuito cuando en régimen permanente. Podemos calcular la tensión sobre el
inductor en cualquier momento usando la eq. 04-08 abajo.
eq. 04-08
Esta fue una breve mirada al comportamiento de un inductor cuando
está en un circuito que usa solo corriente continua. Pronto abordaremos
con mas profundidad este problema se repite
la solución de ecuaciones diferenciales, además de demostrar de dónde provienen las ecuaciones anteriores.
Si quieres acceder a este capítulo Haga clic aquí!
