Los diferentes tipos de inductores y los factores que influyen en ellos

Existen diferentes tipos de inductores según el tamaño y la potencia. Sus dimensiones físicas varían desde las diminutas hasta las de un enorme transformador, en función de la potencia manejada y de la frecuencia de CA utilizada. Como uno de los componentes básicos de la electrónica, los inductores se utilizan ampliamente en áreas de aplicación mucho más amplias, como el control de señales, la supresión de ruidos, la estabilización de la tensión, la electrónica de potencia, el funcionamiento del automóvil, etc. Hoy en día, las técnicas mejoradas de diseño de inductores mejoran el rendimiento del resto del circuito.

Tipos de inductores

Los diferentes componentes electrónicos utilizados en una amplia gama de aplicaciones requieren diferentes tipos de inductores. Se trata de inductores de diferentes formas y tamaños, incluidos los de hilo y los multicapa. Los diferentes tipos de inductores incluyen inductores de alta frecuencia, inductores para líneas eléctricas o inductores de potencia, e inductores para circuitos generales. La diferenciación de los inductores se basa en el tipo de bobinado y el núcleo utilizado.

• Inductores con núcleo de aire

  

En este tipo de inductor el núcleo está completamente ausente. Estos inductores ofrecen un camino de alta reluctancia para el flujo magnético y, por tanto, una inductancia menor. Los inductores de núcleo de aire tienen bobinas más grandes para producir mayores densidades de flujo. Se utilizan en aplicaciones de alta frecuencia, como los receptores de televisión y radio.

• Inductores magnéticos de hierro o de núcleo de hierro

Debido a su mayor permeabilidad magnética, estos inductores tienen una alta inductancia. Son inductores de alta potencia, pero limitados en la capacidad de alta frecuencia debido a las pérdidas por histéresis y corrientes de Foucault.

Los transformadores son ejemplos de este tipo.

• Inductores con núcleo de ferrita

  

Se trata de diferentes tipos de inductores que ofrecen las ventajas de un bajo coste y bajas pérdidas en el núcleo a altas frecuencias. La ferrita es una cerámica de óxido metálico basada en una mezcla de óxido férrico Fe2O3. Las ferritas blandas se utilizan en la construcción del núcleo para reducir las pérdidas por histéresis.

En estos inductores, una bobina se enrolla en un núcleo toroidal circular. La pérdida de flujo es muy baja en este tipo de inductor. Sin embargo, para diseñar este tipo de inductores se necesitan bobinadoras especiales. A veces también se utiliza un núcleo de ferrita para reducir las pérdidas en este tipo de diseño.

• Inductores de bobina

  

En este tipo, la bobina se enrolla en el carrete. Los diseños de los inductores de bobina varían mucho en cuanto a potencia, niveles de tensión y corriente, frecuencia de funcionamiento, etc. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación conmutadas y aplicaciones de conversión de potencia. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación conmutadas y en aplicaciones de conversión de energía.

Un inductor multicapa contiene dos bobinas conductoras dispuestas en dos capas en la parte superior de un cuerpo multicapa. Las bobinas están conectadas eléctricamente en serie con otras dos bobinas conductoras dispuestas en la parte inferior del cuerpo multicapa. Estas bobinas se utilizan principalmente en sistemas de comunicación móvil y en aplicaciones de supresión de ruido.

• Inductores de película fina

  

Son completamente diferentes de los inductores de chip convencionales bobinados con hilo de cobre. En este tipo de inductores, se forman diminutos inductores a partir de un procesamiento de película fina aproximadamente nano-Henry para crear el inductor de chip para aplicaciones de alta frecuencia.

¿Cómo funciona el inductor?

Un inductor suele definirse como una resistencia de corriente alterna. Resiste las variaciones de corriente y almacena energía en forma de campo magnético. Su construcción es sencilla y consiste en bobinas de hilo de cobre enrolladas alrededor de un núcleo. Este núcleo puede ser magnético o de aire. Se pueden utilizar diferentes tipos de inductores en aplicaciones avanzadas, como la transferencia de energía inalámbrica.

Los núcleos magnéticos pueden ser toroidales o de tipo E. Para este núcleo se emplean materiales como la cerámica, la ferrita y el hierro energizado. La bobina que transporta la corriente eléctrica produce el campo magnético alrededor del núcleo. Se producen más líneas magnéticas si el núcleo se coloca en el interior de la bobina, siempre que se utilice una alta permeabilidad del núcleo.

El campo magnético induce un campo electromagnético en la bobina que genera un flujo de corriente. Según la ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la causa, que es la tensión aplicada. Así, el inductor se opone al cambio de la corriente de entrada, lo que provoca el cambio del campo magnético. Esta reducción del flujo de corriente debida a la inducción se llama reactancia inductiva. La reactancia inductiva aumenta si aumenta el número de vueltas de la bobina. Además, almacena energía en forma de campo magnético mediante procesos de carga y descarga y libera la energía durante la conmutación del circuito Áreas de aplicación de los inductores incluyen circuitos analógicos, procesamiento de señales, etc.

Factores que influyen en la inductancia de un inductor

La capacidad de producir líneas magnéticas se llama inductancia. La unidad estándar de la inductancia es el Henry. La cantidad de flujo magnético desarrollado o la inductancia de los distintos tipos de inductores depende de cuatro factores básicos, que se explican a continuación.

• Número de vueltas en una bobina

Si el número de espiras es mayor, se produce más campo magnético, lo que da lugar a una mayor inductancia. Un menor número de espiras da lugar a una menor inductancia.

Si el material utilizado para el núcleo tiene una permeabilidad elevada, la inductancia de un inductor será mayor. Esto se debe a que los materiales con alta permeabilidad ofrecen un camino de baja reluctancia al flujo magnético.

• Área de la sección transversal de la bobina

Una mayor superficie de la sección transversal da lugar a una mayor inductancia porque ofrece una menor oposición de flujo magnético en términos de superficie.

Si la bobina es más larga, la inductancia será menor. Esto se debe a que, para una cantidad determinada de campo, la fuerza de oposición al flujo magnético es mayor.

Un inductor fijo no permite al usuario variar la inductancia una vez diseñado. Sin embargo, es posible variar la inductancia mediante inductores variables, variando el número de vueltas en un momento dado o variando el material del núcleo dentro y fuera de la bobina.

Pérdida de potencia en un inductor

La disipación de potencia en un inductor se debe principalmente a dos fuentes: el núcleo del inductor y los devanados.

Núcleo del inductor: La pérdida de energía en el núcleo del inductor se debe a la histéresis y a las pérdidas por corrientes parásitas. El campo magnético aplicado al material magnético aumenta, alcanza el nivel de saturación y luego disminuye. Pero a medida que disminuye, no vuelve a recorrer su camino original. Esto provoca pérdidas por histéresis. Un valor más bajo del coeficiente de histéresis de los materiales del núcleo da lugar a una reducción de las pérdidas por histéresis.

El otro tipo de pérdida en el núcleo es la pérdida por corrientes parásitas. Estas corrientes parásitas se inducen en el material del núcleo debido al cambio de velocidad del campo magnético según la ley de Lenz. Las pérdidas por corrientes de Foucault son mucho menores que las pérdidas por histéresis. Estas pérdidas se minimizan utilizando materiales con un bajo coeficiente de histéresis y núcleos laminados.

Devanados inductores: En los inductores, las pérdidas se producen no sólo en el núcleo, sino también en los devanados. Los bobinados tienen su propia resistencia. Cuando la corriente fluye por estos devanados, se producen pérdidas de calor (I^2*R) en los devanados. Pero a medida que aumenta la frecuencia, la resistencia de los devanados aumenta debido al efecto piel. El efecto piel hace que la corriente se concentre en la superficie del conductor y no en el centro. Por lo tanto, el área efectiva de la zona conductora de corriente disminuye.

Además, las corrientes parásitas inducidas en los devanados hacen que se induzca corriente en los conductores vecinos, lo que se denomina efecto de proximidad.

Debido al solapamiento de los conductores en las bobinas, el efecto de proximidad hace que la resistencia del conductor aumente más que el efecto piel. Las pérdidas de bobinado se reducen con tecnologías de bobinado más avanzadas, como los bobinados de lámina perfilada y de hilo continuo.

Espero que mi artículo haya sido informativo e intrigante. Así que aquí tienes una pregunta fundamental: ¿cuál es el papel de los inductores en los circuitos eléctricos?

Responde en la sección de comentarios más abajo. También eres libre de compartir tus opiniones sobre este artículo y tus ideas.

Créditos de las fotos:

Varios inductores de 1.bp.blogspot
Inductores ferromagnéticos o con núcleo de hierro de agilemagic
Inductores con núcleo de ferrita de falconacoustics
Cómo funcionan los inductores dw-calentamiento por inducción
Bobinado del inductor por stonessoundstudio