- ¿Qué son los circuitos acoplados?
- Inductancia mutua
- Convención DOT
- Coeficiente de acoplamiento
- Inductor en combinación en serie
- Inductores en combinación en paralelo
- Aplicaciones del inductor
En el tutorial anterior, comenzamos con la comprensión de un inductor y su funcionamiento, ahora es el momento de explorar las diferentes combinaciones de inductores. En electrónica, los inductores son los componentes más utilizados después de los condensadores y resistencias, que se utilizan en diferentes combinaciones para diferentes aplicaciones. También hemos utilizado inductor para construir detectores de metales y medimos el valor del inductor utilizando diferentes técnicas, todos los enlaces se dan a continuación:
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¿Qué son los circuitos acoplados?
Las combinaciones de componentes están juntas para crear circuitos acoplados. El significado de circuito acoplado es que la transferencia de energía tiene lugar de uno a otro cuando cualquiera de los circuitos está energizado. Los componentes principales del circuito electrónico están acoplados de forma conductiva o electromagnética.
Sin embargo, en este tutorial, se discutirá el acoplamiento electromagnético y la combinación de inductores, como inductores en serie o combinaciones en paralelo.
Inductancia mutua
En el artículo anterior, discutimos la autoinductancia de un inductor y su parámetro. Durante la operación relacionada con la autoinductancia, no se produjo ninguna inductancia mutua.
Cuando ocurre la tasa de cambio de corriente, se induce un voltaje dentro de una bobina. Lo cual se puede demostrar aún más utilizando la siguiente fórmula donde,
V (t) es el voltaje inducido dentro de la bobina, i es la corriente que fluye a través de la bobina y la inductancia de la bobina es L.
V (t) = L {di (t) / dt}
La condición anterior es cierta solo para el elemento de circuito relacionado con la autoinductancia donde hay dos terminales presentes. En tal caso, no se incluye ninguna inductancia mutua en la orden.
Ahora, en el mismo escenario, si dos bobinas están situadas a una distancia cercana, se producirá el acoplamiento inductivo.
En la imagen de arriba, se muestran dos bobinas. Estas dos bobinas están muy cerca una de la otra. Debido a que la corriente i1 fluye a través de la bobina L1, se induce un flujo magnético que luego se transferirá a la otra bobina L2.
En la imagen de arriba, el mismo circuito ahora está firmemente envuelto en un material de núcleo para que las bobinas no se puedan mover. Como el material es un núcleo magnético, tiene permeabilidad. Las dos bobinas separadas ahora están acopladas magnéticamente. Ahora, curiosamente, si una de las bobinas enfrenta la tasa de cambio de corriente, la otra bobina inducirá un voltaje que es directamente proporcional a la tasa de cambio de corriente en la otra bobina.
Por lo tanto, cuando se aplica una fuente de voltaje V1 en la bobina L1, la corriente i1 comenzará a fluir a través de L1. La tasa de cambio de corriente produce un flujo que fluye a través del núcleo magnético y produce un voltaje en la bobina L2. La tasa de cambio de corriente en L1 también cambia el flujo que puede manipular aún más el voltaje inducido en L2.
El voltaje inducido en el L2 se puede calcular en la siguiente fórmula:
V 2 = M {di 1 (t) / dt}
En la ecuación anterior, hay una entidad desconocida. Es decir M. Esto se debe a que las inductancias mutuas son responsables del voltaje mutuamente inducido en dos circuitos independientes. Esta M, inductancia mutua es el coeficiente de proporcionalidad.
Lo mismo para la primera bobina L1, el voltaje mutuamente inducido debido a la inductancia mutua para la primera bobina puede ser:
V 2 = M {di 2 (t) / dt}
Al igual que la inductancia, la inductancia mutua también se mide en Henry. El valor máximo de inductancia mutua puede ser √L 1 L 2. Como la inductancia induce voltaje con la tasa de cambio de la corriente, la inductancia mutua también induce un voltaje, que se denomina voltaje mutuo M (di / dt). Este voltaje mutuo puede ser positivo o negativo, lo que depende en gran medida de la construcción física de la bobina y la dirección de la corriente.
Convención DOT
La Convención Dot es una herramienta esencial para determinar la polaridad de la tensión inducida mutuamente. Como sugiere el nombre, la marca de punto que tiene forma circular es un símbolo especial que se utiliza al final de dos bobinas en circuitos acoplados entre sí. Este punto también proporciona la información de la construcción de bobinado alrededor de su núcleo magnético.
En el circuito anterior, se muestran dos inductores acoplados entre sí. Estos dos inductores tienen autoinductancias de L1 y L2.
Los voltajes V1 y V2 que se desarrollan a través de los inductores son el resultado de la entrada de corriente en los inductores en los terminales punteados. Suponiendo que la inductancia mutua de esos dos inductores es M, el voltaje inducido se puede calcular usando la siguiente fórmula,
Para el primer inductor L1, el voltaje inducido será -
V 1 = L 1 (di 1 / dt) ± M (di 2 / dt)
La misma fórmula se puede utilizar para calcular el voltaje inducido del segundo inductor, V 2 = L 2 (di 2 / dt) ± M (di 1 / dt)
Por lo tanto, el circuito contiene dos tipos de voltaje inducido, el voltaje inducido debido a la autoinducción y el voltaje mutuamente inducido debido a la inductancia mutua. El voltaje inducido que depende de la autoinductancia se calcula usando la fórmula V = L (di / dt) que es positiva, pero el voltaje mutuamente inducido puede ser negativo o positivo dependiendo de la construcción del devanado y del flujo de corriente. El uso de puntos es un parámetro importante para determinar la polaridad de este voltaje mutuamente inducido.
En un circuito acoplado donde dos terminales pertenecen a dos bobinas diferentes e idénticamente marcadas con puntos, entonces para la misma dirección de la corriente que es relativa a terminales similares, el flujo magnético de inducción propia y mutua en cada bobina se sumarán.
Coeficiente de acoplamiento
El coeficiente de acoplamiento del inductor es un parámetro importante para que los circuitos acoplados determinen la cantidad de acoplamiento entre las bobinas acopladas inductivamente. El coeficiente de acoplamiento se expresa con la letra K.
La fórmula del coeficiente de acoplamiento es K = M / √L 1 + L 2 donde L1 es la autoinductancia de la primera bobina y L2 es la autoinductancia de la segunda bobina.
Dos circuitos acoplados inductivamente se enlazan usando el flujo magnético. Si todo el flujo de un inductor está acoplado o enlazado, el otro inductor se denomina acoplamiento perfecto. Durante esta situación, K se puede expresar como 1, que es la forma abreviada de acoplamiento al 100%. El coeficiente de acoplamiento será siempre menor que la unidad y el valor máximo del coeficiente de acoplamiento puede ser 1 o 100%.
La inductancia mutua depende en gran medida del coeficiente de acoplamiento entre los dos circuitos de bobina acoplados inductivamente. Si el coeficiente de acoplamiento es más alto, la inductancia mutua será mayor, por otro lado, si el coeficiente de acoplamiento es menor, la inductancia mutua disminuirá en gran medida en el circuito de acoplamiento. El coeficiente de acoplamiento no puede ser un número negativo y no depende de la dirección de la corriente dentro de las bobinas. El coeficiente de acoplamiento depende de los materiales del núcleo. En materiales de núcleo de hierro o ferrita, el coeficiente de acoplamiento puede ser muy alto, como 0,99 y para el núcleo de aire, puede ser tan bajo como 0,4 a 0,8, dependiendo del espacio entre las dos bobinas.
Inductor en combinación en serie
Los inductores se pueden agregar juntos en serie. Hay dos formas de conectar inductores en serie, mediante el método de ayuda o el método de oposición.
En la imagen de arriba, se muestran dos tipos de conexiones en serie. Para el primero en el lado izquierdo, los inductores están conectados en serie por el método de ayuda. En este método, la corriente que fluye a través de los dos inductores está en la misma dirección. A medida que la corriente fluye en la misma dirección, los flujos magnéticos de inducción propia y mutua terminarán uniéndose entre sí y se sumarán.
Por lo tanto, la inductancia total se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
L eq = L 1 + L 2 + 2M
Donde, L eq es la inductancia equivalente total y M es la inductancia mutua.
Para la imagen de la derecha, se muestra la Conexión de la oposición. En tal caso, el flujo de corriente a través de los inductores es en la dirección opuesta. Por lo tanto, la inductancia total se puede calcular usando la siguiente fórmula, L eq = L 1 + L 2 - 2M
Donde, L eq es la inductancia equivalente total y M es la inductancia mutua.
Inductores en combinación en paralelo
Igual que la combinación de inductores en serie, la combinación en paralelo de dos inductores puede ser de dos tipos, utilizando el método de ayuda y el método de oposición.
Para el método de ayuda, como se ve en la imagen de la izquierda, la convención de puntos muestra claramente que el flujo de corriente a través de los inductores está en la misma dirección. Para calcular la inductancia total, la siguiente fórmula puede ser muy útil. En tal caso, el campo electromagnético autoinducido en dos bobinas permite la fem mutuamente inducida.
L eq = (L 1 L 2 - M 2) / (L 1 + L 2 + 2M)
Para el método de oposición, los inductores se conectan en paralelo con la dirección opuesta entre sí. En tal caso, la inductancia mutua crea un voltaje que se opone a la EMF autoinducida. La inductancia equivalente del circuito paralelo se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
L eq = (L 1 L 2 - M 2) / (L 1 + L 2 + 2M)
Aplicaciones del inductor
Uno de los mejores usos de los inductores acoplados es la creación de transformadores. Un transformador utiliza inductores acoplados envueltos alrededor de un núcleo de hierro o ferrita. Un transformador ideal tiene cero pérdidas y coeficientes de acoplamiento del cien por cien. Además del transformador, los inductores acoplados también se utilizan en convertidores sepic o flyback. Esta es una excelente opción para aislar la entrada primaria con la salida secundaria de la fuente de alimentación mediante el uso de inductores o transformadores acoplados.
Aparte de eso, los inductores acoplados también se utilizan para hacer un circuito sintonizado simple o doble en un circuito de transmisión o recepción de radio