"La autoinducción detiene el aumento de voltaje en los circuitos inductivos". Si su trabajo o pasatiempo está relacionado con la electricidad, probablemente haya escuchado tales declaraciones. De hecho, este fenómeno es inherente a los circuitos inductivos, tanto explícitamente, por ejemplo, bobinas, como implícitamente, como parámetros parásitos del cable. En este artículo explicaremos en términos sencillos qué es la autoinducción y dónde se aplica.
Contenido:
- Definición
- Inductancia
- Transformador e inducción mutua
- Beneficio y daño
- Conclusión
Definición
La autoinducción es la aparición en un conductor de una fuerza electromotriz (EMF) dirigida en la dirección opuesta en relación con el voltaje de la fuente de energía cuando fluye la corriente. Además, ocurre en el momento en que cambia la corriente en el circuito. Una corriente eléctrica cambiante genera un campo magnético cambiante, que a su vez induce un EMF en el conductor.
Esto es similar a la formulación de la ley de inducción electromagnética de Faraday, que dice:
Cuando un flujo magnético pasa a través de un conductor, surge un EMF en este último. Es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético (mat. derivada del tiempo).
Es decir:
E = dФ / dt,
Donde E es el EMF de autoinducción, medido en voltios, F es el flujo magnético, la unidad de medida es Wb (weber, también es igual a V / s)
Inductancia
Ya hemos dicho que la autoinducción es inherente a los circuitos inductivos, por lo tanto, consideraremos el fenómeno de la autoinducción usando el ejemplo de un inductor.
Un inductor es un elemento que es una bobina conductora aislada. Para aumentar la inductancia, se aumenta el número de vueltas o se coloca un núcleo hecho de material magnético suave o de otro tipo dentro de la bobina.
La unidad de medida de la inductancia es Henry (H). La inductancia se refiere a la fuerza con la que un conductor resiste una corriente eléctrica. Ya que alrededor de cada conductor por el que fluye una corriente se forma un campo magnético, y si colocas un conductor en un campo alterno, surgirá una corriente en él. A su vez, se suman los campos magnéticos de cada vuelta de la bobina. Entonces surgirá un fuerte campo magnético alrededor de la bobina a través de la cual fluye la corriente. Cuando su fuerza cambia en la bobina, el flujo magnético a su alrededor también cambiará.
De acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, si un flujo magnético alterno penetra en la bobina, entonces surgirán en ella una corriente y un campo electromagnético de autoinducción. Evitarán que la corriente fluya en el inductor desde la fuente de alimentación hasta la carga. También se denominan extracorrientes EMF de autoinducción.
La fórmula EMF de autoinducción sobre inductancia es:
Es decir, cuanto mayor sea la inductancia y cuanto más y más rápido haya cambiado la corriente, más fuerte será la sobretensión EMF.
Con un aumento en la corriente en la bobina, surge un EMF de autoinducción, que se dirige contra el voltaje de la fuente de alimentación, respectivamente, el aumento de la corriente se ralentizará. Lo mismo sucede al disminuir: la autoinducción dará lugar a la aparición de un EMF, que mantendrá la corriente en la bobina en la misma dirección que antes. De ello se deduce que el voltaje en los terminales de la bobina será opuesto a la polaridad de la fuente de alimentación.
En la siguiente figura, puede ver que cuando el circuito inductivo se enciende / apaga, la corriente no surge abruptamente, sino que cambia gradualmente. Las leyes de conmutación también hablan de esto.
Otra definición de inductancia suena así: el flujo magnético es proporcional a la corriente, pero en su fórmula, la inductancia actúa como un coeficiente de proporcionalidad.
Ф = L * I
Transformador e inducción mutua
Si coloca dos bobinas muy próximas, por ejemplo, en un núcleo, se observará el fenómeno de inducción mutua. Pasemos la corriente alterna por el primero, luego su corriente alterna penetrará las vueltas del segundo y aparecerá un EMF en sus salidas.
Este EMF dependerá de la longitud del cable, respectivamente, del número de vueltas, así como de la magnitud de la permeabilidad magnética del medio. Si los coloca uno al lado del otro, el EMF será bajo, y si toma un núcleo hecho de acero magnético blando, el EMF será mucho mayor. En realidad, así es como funciona el transformador.
Interesante: esta influencia mutua de las bobinas entre sí se denomina acoplamiento inductivo.
Beneficio y daño
Si comprende la parte teórica, vale la pena considerar dónde se aplica en la práctica el fenómeno de la autoinducción. Veamos ejemplos de lo que vemos en la vida cotidiana y la tecnología. Una de las aplicaciones más útiles es un transformador, ya hemos comentado el principio de su funcionamiento. Ahora se encuentran cada vez menos, pero anteriormente, las lámparas tubulares fluorescentes se usaban a diario en las lámparas. El principio de su trabajo se basa en el fenómeno de la autoinducción. Puedes ver sus esquemas a continuación.
Después de aplicar el voltaje, la corriente fluye a través del circuito: fase - estrangulador - espiral - arrancador - espiral - cero.
O viceversa (fase y cero). Una vez que se activa el motor de arranque, sus contactos se abren, luego acelerador (una bobina con una gran inductancia) busca mantener la corriente en la misma dirección, induce un EMF de autoinducción de gran valor y las lámparas se encienden.
De manera similar, este fenómeno se aplica al circuito de encendido de un automóvil o motocicleta que funciona con gasolina. En ellos, se instala un interruptor mecánico (disyuntor) o semiconductor (transistor en la ECU) en el espacio entre el inductor y el negativo (masa). Esta llave, en el momento en que debe formarse una chispa en el cilindro para encender el combustible, rompe el circuito de alimentación de la bobina. Luego, la energía almacenada en el núcleo de la bobina provoca un aumento en la EMF de autoinducción y el voltaje a través el electrodo de la vela aumenta hasta que se produce una ruptura del espacio de chispa, o hasta que se quema bobina.
En las fuentes de alimentación y los equipos de audio, a menudo es necesario eliminar el exceso de ondulación, ruido o frecuencia de la señal. Para ello, se utilizan filtros de diferentes configuraciones. Una de las opciones son los filtros LC, LR. Al evitar el crecimiento de la corriente y la resistencia de la corriente alterna, respectivamente, es posible lograr los objetivos establecidos.
Los CEM de autoinducción dañan los contactos de interruptores, disyuntores, enchufes, disyuntores y otras cosas. Es posible que haya notado que cuando desenchufa el enchufe de una aspiradora que funciona de la toma de corriente, a menudo se nota un destello en su interior. Esta es la resistencia al cambio de corriente en la bobina (bobinado del motor en este caso).
En los interruptores de semiconductores, la situación es más crítica: incluso una pequeña inductancia en el circuito puede provocar su ruptura, cuando se alcanzan los valores máximos de Uke o Usi. Para protegerlos, se instalan circuitos amortiguadores, en los que se disipa la energía de las ráfagas inductivas.
Conclusión
Resumamos. Las condiciones para la aparición de EMF de autoinducción son: la presencia de inductancia en el circuito y un cambio en la corriente en la carga. Esto puede ocurrir tanto en funcionamiento, al cambiar de modo o influencias perturbadoras, como al cambiar de dispositivo. Este fenómeno puede dañar los contactos de relés y arrancadores, ya que conduce a arco al abrir circuitos inductivos como motores eléctricos. Para reducir el impacto negativo, la mayoría de los equipos de conmutación están equipados con conductos de arco.
Para propósitos útiles, el fenómeno EMF se usa con bastante frecuencia, desde un filtro para suavizar las ondas de corriente y filtro de frecuencia en equipos de audio, para transformadores y bobinas de encendido de alto voltaje en automóviles.
Finalmente, recomendamos ver un video útil sobre el tema, que analiza brevemente y en detalle el fenómeno de la autoinducción:
Esperamos que ahora te haya quedado claro qué es la autoinducción, cómo se manifiesta y dónde se puede utilizar. Si tiene alguna pregunta, hágala en los comentarios debajo del artículo.
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