Eletrônica Básica - Indutância

A propriedade de um indutor de obter a tensão induzida pela mudança do fluxo de corrente é definida como Indutância. Indutância é a relação entre a tensão e a taxa de variação da corrente.

A taxa de mudança da corrente produz mudança no campo magnético, o que induz um EMF na direção oposta à fonte de tensão. Esta propriedade de indução de EMF é chamada deInductance.

A fórmula para indutância é

$$ Indutância \: \: = \: \: \ frac {volatge} {taxa \: de \: mudança \: de \: atual} $$

Units −

  • A unidade de indutância é Henry. É indicado porL.

  • Os indutores estão disponíveis principalmente em mH (mili Henry) e μH (micro Henry).

Diz-se que uma bobina tem uma indutância de one Henry quando um EMF de one volt é auto-induzido na bobina onde o fluxo de corrente mudou a uma taxa de one ampere per second.

Auto-indutância

Se for considerada uma bobina na qual flui alguma corrente, ela possui algum campo magnético, perpendicular ao fluxo da corrente. Quando essa corrente continua variando, o campo magnético também muda e esse campo magnético variável, induz um EMF, oposto à tensão da fonte. Este EMF oposto produzido é oself-induced voltage e este método é chamado de self-inductance.

O atual is na figura indicam a fonte de corrente enquanto iindindica a corrente induzida. O fluxo representa o fluxo magnético criado em torno da bobina. Com a aplicação de tensão, a correnteisfluxos e fluxos são criados. Quando o atualis varia, o fluxo fica variado, produzindo iind.

Este EMF induzido através da bobina é proporcional à taxa de variação da corrente. Quanto maior a taxa de mudança na corrente, maior será o valor de EMF induzido.

Podemos escrever a equação acima como

$$ E \: \: \ alpha \: \: \ frac {dI} {dt} $$

$$ E \: \: = \: \: L \: \: \ frac {dI} {dt} $$

Onde,

  • E é o EMF produzido

  • dI/dt indica a taxa de mudança da corrente

  • L indica o coeficiente de indutância.

A auto-indutância ou coeficiente de auto-indutância pode ser denominado como

$$ L \: \: = \: \: \ frac {E} {\ frac {dI} {dt}} $$

A equação real é escrita como

$$ E \: \: = \: \: - L \: \: \ frac {dI} {dt} $$

O menos na equação acima indica que the EMF is induced in opposite direction to the voltage source de acordo com a lei de Lenz.

Indutância mútua

Como a bobina transportadora de corrente produz algum campo magnético em torno dela, se outra bobina for aproximada desta bobina, de modo que esteja na região de fluxo magnético do primário, então o fluxo magnético variável induz um EMF na segunda bobina. Se esta primeira bobina é chamada dePrimary coil, o segundo pode ser chamado de Secondary coil.

Quando o EMF é induzido na bobina secundária devido ao campo magnético variável da bobina primária, esse fenômeno é chamado de Mutual Inductance.

O atual is na figura indicam a fonte de corrente enquanto iindindica a corrente induzida. O fluxo representa o fluxo magnético criado em torno da bobina. Isso se espalha para a bobina secundária também.

Com a aplicação de tensão, a corrente isfluxos e fluxos são criados. Quando o atualis varia, o fluxo fica variado, produzindo iind na bobina secundária, devido à propriedade de indutância mútua.

A mudança aconteceu assim.

$$ V_ {p} \: \: I_ {p} \ rightarrow \: \: B \: \: \ rightarrow \: \: V_ {s} \: \: I_ {s} $$

Onde,

  • Vp ip Indique a tensão e a corrente na bobina primária, respectivamente

  • B Indica fluxo magnético

  • Vs is Indique a tensão e a corrente na bobina secundária, respectivamente

Indutância mútua M dos dois circuitos descreve a quantidade de tensão no secundário induzida pelas mudanças na corrente do primário.

$$ V (secundário) \: \: = \: \: - M \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} $$

Onde $ \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} $ a taxa de variação da corrente com o tempo e Mé o coeficiente de indutância mútua. O sinal de menos indica que a direção da corrente é oposta à fonte.

Units −

As unidades de indutância mútua são

$$ volt \: \: = \: \: M \ frac {amps} {seg} $$

(Da equação acima)

$$ M \: \: = \: \: \ frac {volt. \: Sec} {amp} $$

$$ = \: \: Henry (H) $$

Dependendo do número de voltas das bobinas primária e secundária, a ligação do fluxo magnético e a quantidade de EMF induzida variam. O número de voltas no primário é denotado por N1 e secundário por N2. O coeficiente de acoplamento é o termo que especifica a indutância mútua das duas bobinas.

Fatores que afetam a indutância

Existem alguns fatores que afetam o desempenho de um indutor. Os principais são discutidos abaixo.

Comprimento da bobina

O comprimento da bobina indutora é inversamente proporcional à indutância da bobina. Se o comprimento da bobina for maior, a indutância oferecida por aquele indutor fica menor e vice-versa.

Área da seção transversal da bobina

A área da seção transversal da bobina é diretamente proporcional à indutância da bobina. Quanto maior a área da bobina, maior será a indutância.

Número de voltas

Com o número de voltas, a bobina afeta a indutância diretamente. O valor da indutância é quadrado com o número de voltas da bobina. Portanto, quanto maior o número de voltas, o quadrado dele será o valor da indutância da bobina.

Permeabilidade do núcleo

o permeability (μ)do material do núcleo do indutor indica o suporte que o núcleo fornece para a formação de um campo magnético dentro de si. ohigher a permeabilidade do material do núcleo, o higher será a indutância.

Coeficiente de acoplamento

Este é um fator importante a ser conhecido para o cálculo da indutância mútua de duas bobinas. Vamos considerar duas bobinas próximas de N1 e N2 espiras, respectivamente.

A corrente através da primeira bobina i 1 produz algum fluxo Ψ 1 . A quantidade de ligações de fluxo magnético é compreendida por voltas weber.

Deixe a quantidade de ligação de fluxo magnético para a segunda bobina, devido à corrente unitária de i 1 ser

$$ \ frac {N_ {2} \ varphi_ {1}} {i_ {1}} $$

Isso pode ser entendido como o coeficiente de indutância mútua, o que significa

$$ M \: \: = \: \: \ frac {N_ {2} \ varphi_ {1}} {i_ {1}} $$

Assim, o Coeficiente de indutância mútua entre duas bobinas ou circuitos é entendido como as voltas weber em uma bobina devido a 1A de corrente na outra bobina.

Se a auto-indutância da primeira bobina for L 1 , então

$$ L_ {1} i_ {1} \: \: = \: \: {N_ {1} \ varphi_ {1}} \: \: => \: \: \ frac {L_ {1}} {N_ {1}} \: \: \ frac {\ varphi_ {1}} {i_ {1}} $$

$$ M \: \: = \: \: \ frac {N_ {2} L_ {1}} {N_ {1}} $$

Da mesma forma, o coeficiente de indutância mútua devido à corrente i 2 na segunda bobina é

$$ M \: \: = \: \: \ frac {N_ {1} \ varphi_ {2}} {i_ {2}} \: \ dotsm \: \ dotsm \: \ dotsm \: \ dotsm \: \ : 1 $$

Se a auto-indutância da segunda bobina for L 2

$$ L_ {2} i_ {2} \: \: = \: \: N_ {2} \ varphi_ {2} $$

$$ \ frac {L_ {2}} {N_ {2}} \: \: = \: \: \ frac {\ varphi_ {2}} {i_ {2}} $$

Portanto,

$$ M \: \: = \: \: \ frac {N_ {1} L_ {2}} {N_ {2}} \: \ dotsm \: \ dotsm \: \ dotsm \: \ dotsm \: \: 2 $$

Multiplicando 1 e 2, obtemos

$$ M \: \: \ times \: \: M = \: \: \ frac {N_ {2} L_ {1}} {N_ {1}} \: \: \ times \: \: \ frac { N_ {1} L_ {2}} {N_ {2}} $$

$$ M ^ {2} \: \: = \: \: L_ {1} L_ {2} \: \: => \: \: M \: \: = \: \: \ sqrt {L_ {1 } L_ {2}} $$

A equação acima é verdadeira quando todo o fluxo variável da bobina primária se liga à bobina secundária, o que é um caso ideal. Mas, na prática, não é o caso. Portanto, podemos escrever como

$$ M \: \: \ neq \: \: \ sqrt {L_ {1} L_ {2}} $$

$$ e \ frac {M} {\ sqrt {L_ {1} L_ {2}}} \: \: = \: \: K \: \: \ neq \: \: 1 $$

Onde K é conhecido como o coeficiente de acoplamento.

o Coefficient of coupling K pode ser definida como a razão entre o coeficiente real de indutância mútua e o coeficiente ideal (máximo) de indutância mútua.

Se o valor de k estiver próximo da unidade, então as bobinas são ditas fortemente acopladas e se o valor de k = 0, então as bobinas são ditas fracamente acopladas.

Aplicações de Indutores

Existem muitas aplicações de indutores, como -

  • Indutores são usados ​​em circuitos de filtro para detectar componentes de alta frequência e suprimir sinais de ruído

  • Para isolar o circuito de sinais de HF indesejados.

  • Indutores são usados ​​em circuitos elétricos para formar um transformador e isolar os circuitos de picos.

  • Indutores também são usados ​​em motores.