¡Hola! Como proveedor de inductores, a menudo me preguntan cómo funcionan los inductores en un circuito de CC. Es un tema fascinante, y estoy emocionado de desglosarlo de una manera que sea fácil de entender.
Comencemos con lo básico. Un inductor es un componente electrónico pasivo que almacena energía en un campo magnético cuando una corriente eléctrica fluye a través de él. Por lo general, está hecho de una bobina de alambre, y la forma en que se comporta en un circuito de CC es bastante diferente de cómo actúa en un circuito de CA.
Cómo reaccionan los inductores a la corriente de DC
Cuando aplica por primera vez un voltaje de CC a un inductor, inicialmente resiste el cambio en la corriente. Esto se debe a la ley de Lenz, que establece que la fuerza electromotriz inducida (EMF) en un circuito siempre se opone al cambio en el flujo magnético que lo causó. En términos más simples, el inductor no quiere que la corriente cambie repentinamente.
Tan pronto como cierre el interruptor en un circuito de CC con un inductor, la corriente comienza a aumentar, pero el inductor genera un EMF posterior que intenta evitar que la corriente aumente demasiado rápido. El EMF posterior es proporcional a la tasa de cambio de corriente a través del inductor. Entonces, al principio, cuando la corriente cambia rápidamente, el EMF posterior está al máximo.
Con el tiempo, a medida que la corriente continúa aumentando, la tasa de cambio de corriente disminuye. Finalmente, el inductor alcanza una condición de estado estacionario. En un estado estable de CC, la corriente a través del inductor es constante. Dado que la tasa de cambio de corriente es cero (debido a que la corriente no está cambiando), la EMF posterior en el inductor también es cero. En este punto, el inductor actúa como un circuito corto (un cable con muy baja resistencia) en el circuito de CC.
El papel de la inductancia
La propiedad que determina cómo se comporta un inductor se llama inductancia, denota por el símbolo L y se mide en Henries (H). La inductancia depende de varios factores, como el número de giros en la bobina, el área cruzada de la bobina, la longitud de la bobina y la permeabilidad del material central (si hay un núcleo dentro de la bobina).
Una mayor inductancia significa que el inductor tendrá una mayor oposición a los cambios en la corriente. Por ejemplo, si tiene dos inductores, uno con una alta inductancia y otra con una baja inductancia, y aplica el mismo voltaje de CC a ambos, el inductor con alta inductancia tardará más en alcanzar la corriente de estado estable.
Aplicaciones prácticas de inductores en circuitos DC
Los inductores tienen una amplia gama de aplicaciones en los circuitos de CC. Un uso común es en las fuentes de alimentación. En una fuente de alimentación de CC, los inductores se utilizan en circuitos de filtrado. Ayudan a suavizar el voltaje de salida reduciendo la onda (pequeñas fluctuaciones en el voltaje de CC). Cuando se combinan con condensadores, forman filtros LC que pueden eliminar efectivamente los componentes de CA no deseados de la salida de CC.
Otra aplicación está en los convertidores DC - DC. Estos convertidores se utilizan para cambiar el nivel de un voltaje de CC, ya sea subiendo (convertidor de impulso) o bajarlo (convertidor Buck). Los inductores juegan un papel crucial en el almacenamiento y la transferencia de energía durante el proceso de conmutación de estos convertidores.
Comparación de diferentes tipos de inductores para circuitos de CC
Hay varios tipos de inductores disponibles, cada uno con sus propias características adecuadas para diferentes aplicaciones de CC.
- Aire - Inductores de núcleo: Estos inductores no tienen núcleo magnético. A menudo se usan en aplicaciones de alta frecuencia donde se requiere un valor de bajo inductancia. Como no hay núcleo para saturarse, pueden manejar corrientes relativamente altas sin una distorsión significativa.
- Iron - Inductores de núcleo: Hierro: los inductores de núcleo tienen un núcleo hecho de hierro u otros materiales magnéticos. Tienen un alto valor de inductancia para un número dado de giros en comparación con los inductores de núcleo aéreo. Sin embargo, son más propensos a la saturación a altas corrientes, lo que puede limitar su uso en algunas aplicaciones de alta potencia de CC.
- Ferrita - Inductores de núcleo: La ferrita es un tipo de material magnético con bajas pérdidas a altas frecuencias. Ferrita: los inductores de núcleo se usan comúnmente en el cambio de alimentación y otros circuitos de CC de alta frecuencia donde la eficiencia es importante.
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Referencias
- Boylestad, RL y Nashelsky, L. (2017). Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos. Pearson.
- Nilsson, JW y Riedel, SA (2019). Circuitos eléctricos. Pearson.