Describa los inductores de circuitos y calcule su almacenamiento de energía magnética

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Por John Santiago

En los circuitos, los inductores resisten los cambios instantáneos de corriente y almacenan energía magnética. Los inductores son dispositivos electromagnéticos que se utilizan mucho en circuitos de radiofrecuencia (RF). Sirven como “choques” de RF, bloqueando las señales de alta frecuencia.

Esta aplicación de los circuitos inductores se llama filtrado. Los filtros electrónicos seleccionan o bloquean cualquier frecuencia que el usuario elija.

Describa un inductor

A diferencia de los condensadores, que son dispositivos electrostáticos, los inductores son dispositivos electromagnéticos. Mientras que los condensadores evitan un cambio instantáneo de tensión, los inductores evitan un cambio brusco de corriente. Los inductores son alambres enrollados en varios lazos para formar bobinas. De hecho, el símbolo del inductor parece una bobina de alambre, como se muestra aquí.

La corriente que fluye a través de un alambre crea un campo magnético, y las líneas de campo magnético rodean el alambre a lo largo de su eje. La concentración, o densidad, de las líneas de campo magnético se llama flujo magnético. La forma en espiral de los inductores aumenta el flujo magnético que ocurre naturalmente cuando la corriente fluye a través de un alambre recto. Cuanto mayor es el flujo, mayor es la inductancia.

Si necesitara un circuito que almacenara más energía magnética, podría obtener valores de inductancia aún mayores insertando hierro en la bobina de alambre.

Esta es la ecuación que define al inductor:

donde la inductancia L es una constante medida en henries (H). Aquí está la misma ecuación en forma gráfica.

La figura muestra la característica i-v de un inductor, donde la pendiente de la línea es el valor de la inductancia.

La ecuación anterior dice que el voltaje a través del inductor depende de la velocidad de cambio de la corriente en el tiempo. En otras palabras, sin cambios en la corriente del inductor significa que no hay tensión en el inductor. Para crear voltaje a través del inductor, la corriente debe cambiar suavemente. De lo contrario, un cambio instantáneo en la corriente crearía un voltaje enorme a través del inductor.

Piense en la inductancia L como una constante de proporcionalidad, como una resistencia que actúa como una constante en la ley de Ohm. Esta noción de la ley de Ohm para los inductores (y condensadores) se vuelve útil cuando se empieza a trabajar con los fáseres.

Para expresar la corriente a través del inductor en términos de tensión, se integra la ecuación anterior de la siguiente manera:

El segundo término en esta ecuación es la corriente inicial a través del inductor en el momento t = 0.

Encuentre el almacenamiento de energía de un atractivo inductor

Para encontrar la energía almacenada en el inductor, se necesita la siguiente definición de potencia, que se aplica a cualquier dispositivo:

El subíndice L denota un dispositivo inductor. Sustituyendo el voltaje de un inductor en la ecuación de potencia se obtiene lo siguiente:

La energía wL(t) almacenada por unidad de tiempo es la energía. Integrando la ecuación anterior se obtiene la energía almacenada en un inductor:

La ecuación de energía implica que la energía en el inductor es siempre positiva. El inductor absorbe la energía de un circuito cuando almacena energía, y el inductor libera la energía almacenada cuando entrega energía al circuito.

Visualizar la relación entre la corriente y la energía mostrada aquí, que muestra la corriente en función del tiempo y la energía almacenada en un inductor.

Esto también muestra cómo puede obtener la corriente de la relación del inductor entre la corriente y el voltaje.

Calcular la inductancia total para inductores en serie y en paralelo

Los inductores conectados en serie o en paralelo pueden reducirse a un solo inductor. Eche un vistazo al circuito con los tres inductores de la serie que se muestran en el diagrama superior.

Debido a que los inductores están conectados en serie, tienen las mismas corrientes:

Sume los voltajes de los inductores en serie para obtener el voltaje de red v(t), de la siguiente manera:

Para una serie de inductores, usted tiene una inductancia equivalente de

Para una conexión en paralelo de inductores, aplique la ley actual de Kirchhoff (KCL) en el diagrama inferior de la figura. KCL dice que la suma de las corrientes entrantes y salientes en un nodo es igual a 0, lo que da como resultado

Debido a que tienes el mismo voltaje v(t) a través de cada uno de los inductores paralelos, puedes reescribir la ecuación como

Esta ecuación muestra cómo se pueden reducir los inductores paralelos a un solo inductor:

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