¿Cómo afecta el campo magnético de un inductor al funcionamiento de un circuito de CC?

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Estaba leyendo sobre el funcionamiento de los inductores en circuitos de CC en el sitio web Todo sobre los circuitos , y estoy un poco confundido sobre cómo funciona un inductor en un circuito de CC.

Hasta ahora, entendí que cualquier corriente que fluya a través de un conductor producirá una fuerza de campo magnético y, en consecuencia, un flujo de campo magnético, que es perpendicular al conductor. Y al hacer que el conductor tenga forma de bobina, el flujo del campo magnético aumentará porque se concentra.

Hasta ahora, esto es un poco claro.

Pero luego dos frases me confundieron:

  1.   

    Mientras que un flujo de campo eléctrico entre dos conductores permite una acumulación de carga de electrones libres dentro de esos conductores, un flujo de campo magnético permite que cierta "inercia" se acumule en el flujo de electrones a través del conductor que produce el campo. p>

    ¿Qué quieren decir con la inercia que se acumula en el flujo de electrones?

    Lo que entendí de esta oración es que, con el tiempo, la fuerza del campo magnético será tan alta que evitará que fluya más corriente. Sin embargo, sé que el flujo del campo magnético es perpendicular al conductor, por lo que no veo cómo puede evitar que la corriente fluya. Por eso estoy confundido y por eso creo que significan otra cosa por inercia.

  2.   

    A medida que la corriente eléctrica produce un campo magnético concentrado alrededor de la bobina, este flujo de campo equivale a un almacenamiento de energía que representa el movimiento cinético de los electrones a través de la bobina.

    De esta oración entendí que el flujo del campo magnético es el equivalente de energía en el inductor. Y, por supuesto, esta energía fue tomada de la fuente de voltaje del circuito , por lo que si esta energía se vuelve igual a la energía suministrada por la fuente de voltaje, ¿no debería, eventualmente, evitar que fluya más corriente a través de la fuente de voltaje? ¿circuito?

Estoy realmente confundido aquí ...

    
pregunta DigiNin Gravy

3 respuestas

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Lamentablemente, su fuente no tiene una buena comprensión de la física, por lo que ha elegido algunas analogías malas. La "inercia del flujo de electrones" se remonta al agua que fluye a través de la analogía de las tuberías, lo cual está bien para el voltaje, la corriente y las resistencias, pero se estira demasiado cuando se trata de inductores.

La corriente que fluye en los cables de un inductor crea un campo magnético en el núcleo del inductor, que está en ángulo recto con el cable.

La energía se almacena en el núcleo magnético del inductor. Esta energía proviene de la fuente de energía de la fuente de alimentación. La energía se almacena como el campo magnético y no tiene nada que ver con la energía cinética. Se almacena en el campo, al igual que un campo eléctrico almacena energía entre dos conductores a diferentes voltajes. Lo que el campo es es mejor dejarlo a la física cuántica. Si lo desea, puede pensar en un campo como una lámina de goma elástica. No lo es, pero ayuda a algunas personas.

Es esta energía almacenada la que impulsa el comportamiento "inusual" de los condensadores e inductores. Los condensadores almacenan energía como el cuadrado de la tensión. Los inductores almacenan energía como el cuadrado de la corriente. Si intentas cambiar su voltaje o corriente (respectivamente), tienes que cambiar la energía almacenada. Si intenta hacer esto rápidamente, entonces requiere (o genera) una alta potencia (cambio de energía por tiempo). Si alguna vez ha provocado un cortocircuito en un condensador grande o un inductor de circuito abierto, sabrá qué chispa recibe.

Hay dos límites a la cantidad de corriente útil que se puede empujar en un inductor, pero ninguno tiene que ver con el campo magnético que interactúa con los cables.

El primero es el calor. La corriente genera calor en la resistencia del cable, y lo primero que falla a medida que aumenta la temperatura suele ser el aislamiento del cable. Por lo tanto, mientras se limite a un tiempo muy corto, se pueden aplicar corrientes muy grandes, antes de que la temperatura aumente demasiado.

El segundo es la saturación magnética. En una cierta corriente, el núcleo alcanza su campo máximo, y su permeabilidad disminuye. Una corriente más alta (hasta el límite térmico) no dañará el inductor, pero su valor de inductancia se habrá reducido radicalmente y se podrá almacenar un poco más de energía. Es el límite práctico para la operación. Si se confía en el valor de inductancia para limitar un cambio de corriente, el inicio de la saturación es algo malo y generalmente resulta en un aumento repentino de la corriente.

    
respondido por el Neil_UK
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Un modelo mental útil de un inductor para el diseño de circuitos es que los inductores imparten inercia a la corriente. Esto es falso y no sensitivo a nivel físico, pero es una abstracción útil cuando se trata de imaginar lo que hace un inductor en un circuito.

Considere la corriente actual a través de un trozo de cable. Siempre hay una inductancia inevitable, pero para cables individuales suele ser tan pequeño que podemos ignorarlo. Digamos que conectó este cable a una fuente de 5 V con 5 Ω en serie en los extremos del cable. Tan pronto como lo conectes, 1 A fluirá instantáneamente. Cuando lo desconectas, la corriente deja de fluir instantáneamente y pasa a 0 A.

Ahora reemplaza ese cable con un inductor. Cuando lo conecte por primera vez, la corriente aumentará, no saltará al valor final al instante. En realidad, la corriente es un exponencial que se aproxima asintóticamente al valor de estado estacionario de 1 A. Cuanto mayor sea el inductor, mayor será la constante de tiempo.

Una forma de visualizar esto mentalmente (de nuevo, no intentes pensar en la física de esta manera) es que el inductor dé inercia a la corriente. Cuando conectas por primera vez el "empuje" (el voltaje), la corriente comienza a subir.

Ahora piensa en lo que sucede cuando se abre el circuito. La corriente a través del inductor no quiere detenerse repentinamente, al igual que un automóvil que va por la carretera no puede detenerse repentinamente. Se necesita una fuerza sostenida durante un tiempo para detener el automóvil.

Del mismo modo, toma un voltaje inverso sostenido durante un tiempo para detener la corriente. Pero puedo oírte pensar, acabamos de abrir el circuito, por lo que no puede haber ninguna corriente . El problema es que este es un caso donde la aproximación de todos los componentes que son ideales se descompone. En algún lugar hay un interruptor que tiene que abrirse para detener el flujo de la corriente. Eso podría ser un transistor o un contacto mecánico.

Veamos lo que sucede cuando se abre un contacto mecánico. No puede saltar instantáneamente de lo conectado a lo lejos. En algún momento, simplemente comienza a abrirse y hay un espacio de aire muy pequeño entre los contactos. Debido a la "inercia" de la corriente, la corriente no puede cambiar instantáneamente. Inmediatamente después de que se abren los contactos, el voltaje aumenta lo suficiente como para que se forme un arco a través del pequeño espacio de aire, que continúa permitiendo que la corriente fluya. Eso causa cierta tensión en el interruptor, que aplica una tensión inversa en el inductor, lo que hace que la corriente disminuya. Finalmente, la corriente pasa a 0 y todo vuelve al estado estable de circuito abierto.

Es posible que tenga un problema imaginando cómo este inductor puede generar un alto voltaje. Piensa en que el coche se está desacelerando. Cuando se desacelera normalmente, los frenos causan una fuerza de retroceso, lo que causa que la velocidad disminuya hasta que finalmente llegue a 0. Sin embargo, tratar de abrir el circuito rápidamente con un interruptor mecánico es como si el automóvil golpeara una pared sólida. La fuerza inversa se vuelve muy alta. Debido a que es tan alto, detiene el auto rápidamente (y en este caso, de manera destructiva).

En el caso de que se abra un inductor y un interruptor mecánico, es el interruptor el que da un poco, a diferencia del coche que choca contra una pared donde el coche da en lugar de la pared.

Vuelva a la ecuación básica de lo que hace un inductor, y puede ver este comportamiento descrito matemáticamente:

dI = V dt / L

Un voltaje (V) aplicado durante algún tiempo (dt) causa un incremento de corriente (dI) inversamente proporcional a la inductancia (L). En unidades comunes:

dA = V ds / H

dA es el aumento de corriente en amperios, V el voltaje, ds los segundos en que se aplica el voltaje y H la inductancia en Henries.

Por ejemplo, si aplica 5 V a 100 mH durante 30 ms, el aumento de corriente en el inductor será (5 V) (30 ms) / (100 mH) = 1.5 A.

Esta capacidad de un inductor para generar un alto voltaje cuando intenta detener la corriente a través de él rápidamente es la base de cómo funcionan los convertidores de refuerzo.

Primero,elinductorse"carga" al conectarlo entre la fuente de entrada y la tierra. Esto se hace cerrando el interruptor. Eso hace que la corriente a través de ella aumente de forma lineal.

Cuando la corriente llega a un buen nivel, el interruptor se abre. La corriente del inductor no puede detenerse instantáneamente. El inductor genera el voltaje que sea necesario para que la corriente fluya a corto plazo. Por lo tanto, la corriente fluye a través del diodo, cargando el condensador de salida. Esto coloca el voltaje inverso a través del inductor, reduciendo su corriente con el tiempo.

Este interruptor se cierra de nuevo. Eso evita que la corriente fluya hacia la salida, pero acumula corriente en el inductor. Este proceso se repite rápidamente para ofrecer muchos disparos de corriente a la salida.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Usted preguntó cómo un inductor afecta la operación de un circuito de CC. En sentido estricto, un circuito de CC tiene una corriente constante, lo que significa que un inductor ideal se comporta exactamente como un cortocircuito. Hay una caída de voltaje cero a través de él y no ayuda ni impide el flujo de la corriente constante.

La única vez que el inductor tiene algún efecto es cuando hay un cambio en la corriente, como cuando abre o cierra un interruptor en el circuito. Cuando eso sucede, el inductor resiste cualquier cambio en la corriente; Intenta mantener la corriente igual que antes. Esta es la "inercia" que describe el sitio web "Todo sobre los circuitos".

El flujo magnético es como un volante pesado que tiende a mantener la corriente fluyendo a la misma velocidad. Para cambiar la corriente, debe aplicar una fuerza al volante para acelerarlo o desacelerarlo. Cuanto más grande y pesado sea el volante, mayor es la inductancia y más difícil es cambiar la corriente.

El siguiente sitio web (que escribí) podría ayudarlo a comprender mejor el concepto:

enlace

Haga clic en el enlace "Inductor" para ver el video o leer acerca de la analogía entre un inductor y un volante.

    
respondido por el SVTechWr

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