Trabajo de Bobinas 1º F.P.G.S. Sistemas Informáticos y Telecomunicaciones
Índice: 1.- ¿Qué son las bobinas? - Almacenamiento de energía en inductores - Bobinas en Serie y en Paralelo.
Alumno: Daniel Acosta González
Trabajo de Bobinas 1º F.P.G.S. Sistemas Informáticos y Telecomunicaciones
1.- ¿QUÉ SON LAS BOBINAS? Un inductor o bobina eléctrica es un dispositivo de dos terminales que consiste en un alambre conductor embobinado. Una corriente que fluya a través del dispositivo produce un flujo magnético Ø el cual forma trayectorias cerradas encerrando las bobinas construidas en el inductor:
Supónganse que la bobina contiene N vueltas y que el flujo Ø pasa a t ravés de cada vuelta. En este caso, el flujo total concatenado por las N vueltas de la bobina es:
N
i +
N Ø
v
N
Este flujo total se conoce por lo común como flujo concatenado. La unidad de flujo magnético es weber (Wb) así llamado por el físico alemán Wilhelm Weber (1804-1891). En un inductor lineal, el acoplamiento por flujo es directamente proporcional a la corriente que fluye a través del dispositivo. Por tanto podemos afirmar que:
-
Li Donde L, la constante de proporcionalidad, es la inductancia en webers por amperes. La unidad de 1 Wb/A se conoce como henry (H). Denominada así por el físico norteamericano Joseph Henry (1797 – 1878). En la anterior formula vemos que un incremento en i produce un incremento correspondiente λ. Este incremento en λ produce un voltaje en la N-ésima vuelta de la bobina. El hecho de que los voltajes ocurren al cambiar el flujo magnético fue descubierto en primer lugar por Henry.
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Sin embargo, Henry repitió el error de Cavendish con el resis tor, al omitir la publicación de sus descubrimientos. Como resultado de lo anterior, se otorga a Faraday el crédito por el descubrimiento de la Ley de inducción electromagnética. Esta Ley establece que el voltaje es igual a la razón del cambio del tiempo del flujo magnético total. En forma matemática, la ley es:
v
d dt
Y si la unimos con la penúltima formula, tenemos que:
v L
d i dt
Es evidente que si i se incrementa, se establece un voltaje entre los terminales del inductor. Este voltaje se opone a un incremento de i pero si este no fuera el caso, esto es, si la polaridad se invirtiera, el voltaje inducido podría “ayudar” a la corriente. Esto no puede ser verdadero físicamente porque la corriente se incrementaría indefinidamente. El símbolo de circuitos y la convención corriente – voltaje del inductor se muestran en la figura al principio de las “Bobinas Eléctricas”. Justo como en los casos del resistor y el capacitor, si la dirección de corriente o asignación de voltajes, pero no ambas, se invierten; entonces debe emplearse un signo negativo en el miembro derecho. En los inductores con núcleo magnético se observa también que, por la saturación del núcleo, la inductancia decrece al aumentar la corriente, y que el coeficiente de temperatura es positivo o negativo, dependiendo del coeficiente de permeabilidad del núcleo. La eficiencia volumétrica es mayor que en las bobinas con núcleo de aire, pero, por contra, la susceptibilidad a campos magnéticos externos es mayor por cuanto el núcleo concentra los campos magnéticos externos, en mayor grado si se trata de un núcleo abierto que si se trata de un núcleo cerrado. La histéresis da lugar también a efectos no lineales.
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- Almacenamiento de energía en inductores Una corriente “i” al fluir a través de un inductor, origina que se produzca un flujo concatenado total λ que pasa a través de las vueltas de la bobina, constituyendo así el dispositivo. Justo como se realiza el trabajo de mover cargas entre las placas de un capacitor, es necesario un trabajo semejante para establecer el flujo ø en el inductor. Se dice que el trabajo o energía que se requiere en este caso se almacena en el campo magnético. El inductor ideal, como el capacitor ideal no disipa potencia alguna. Por tanto la energía almacenada en el inductor se puede recuperar. Supóngase que el inductor, por medio de un circuito externo, se conecta en paralelo con un resistor. En este caso la corriente a través de la combinación inductor-resistor hasta que la energía previamente almacenada en el inductor es absorbida por el r esistor y la corriente es cero.
- Bobinas en Serie y en Paralelo. La conexión en serie de N bobinas, como veremos en la siguiente figura, aplicando la LVK, vemos que:
v
v1 v 2 ........ vn
Por lo cual podemos escribir que:
v L1
di dt
L 2
di dt
......... Ln
di dt
N di Ln dt n 1
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En el Circuito, podemos sacar el voltaje así:
v L1
di dt
Por tanto, la inductancia equivalente de N inductores en se rie es simplemente la suma de las inductancias individuales. Además es evidente que una corriente inicial es igual a la que fluye por la conexión en serie. Por lo tanto, la Ley de Ohm rige este circuito. En el circuito paralelo tenemos:
Donde i (t0) es la corriente en LP en t = t0 . Si este circuito es una red equivalente de la conexión en paralelo, entonces las ecuaciones anteriores requieren que la inductancia en paralelo equivalente este dada por:
1 Lp
1
1
L1 L2
..........
1 L N
N
1
n 1
N
L
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