tecnología electrónica - unidad v

8/6/2019 Tecnologa Electrnica - Unidad V

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ESCUELA DE EDUCACIN TCNICA N 1 Gral. M. BELBRANO

TECNOLOGA ELECTRNICA

Manual de consulta, de utilidad en electricidad, electrnica yautomatizacin

UNIDAD V.-

INDUCTORES

Ed. 02 JULIO 2010

Expectativas de logro:

Tomar conocimiento de la estructura, composicin, y caractersticas constructivas de

los inductores y sus aplicaciones en circuitos electrnicos. analgicos y digitales. Interiorizarsede las propiedades y aplicaciones de materiales tiles para su fabricacin.

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CONTENIDO

INDUCTORES 03

INTRODUCCION TEORICA.

DISTINTOS TIPOS DE BOBINAS ELCTRICAS 06

BOBINAS DE CHOQUE, DE ADAPTACIN Y DE INDUCCIN.

APLICACIONES 07

EL REL / CIRCUITO MAGNTICO Y ELCTRICO / RESORTES DECONTACTO / REL DE CORRIENTE ALTERNA / TIMBRE DE CORRIENTEALTERNA

TRANSFORMADORES 11

TRANSFORMADORS INDUSTRIALES / TRANSFORMADORES DE TENSIN

Materiales tiles para la elaboracin de Inductores 13

REF. BIBLIOGRFICAS

www.simbologa-electrnica.comhttp://es.wikipedia.orghttp:/commons.wikipedia.org

http://es.wikipedia.org/wiki/Alnicohttp://taringa.com.ar/imgenes

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http://es.wikipedia-org/http://es.wikipedia.org/wiki/Alnicohttp://taringa.com.ar/im%C3%A1geneshttp://es.wikipedia-org/http://es.wikipedia.org/wiki/Alnicohttp://taringa.com.ar/im%C3%A1genes


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INDUCTORES

GENERALIDADES

La generacin de un campo magntico alrededor de un conductor por el

que pasa corriente elctrica (transformacin electromagntica) y la induccinelectromagntica (transformacin magnetoelctrica), condujeron al desarrollode los circuitos electrnicos.

En los circuitos elctricos y electrnicos, el funcionamiento de lostransformadores y bobinas de inductancia o bobinas de choque como se llamangeneralmente, se basa en estos principios.

El inductor es un elemento fsico apropiado para generar causas yefectos tales como transformaciones electromagnticas y magnetoelctricascuando se lo conecta adecuadamente en un circuito elctrico.

La causa que produce un inductor al circular corriente a travs delmismo, origina en el circuito un efecto conocido como inductancia, que sedefine de la siguiente manera:

"Inductancia es la propiedad de los circuitos elctricos,de oponerse a los cambios bruscos de corriente entre sus extremos".

Supongamos tener un resistor de alambre que en sus extremos presenta

un valor de resistencia hmica, por ejemplo R = 12 y se lo conecta a uncircuito que suministra una energa de E = 6V, por medio de un interruptor

Respuesta I = f.( t ) de un circuito resistivo puro.

Aplicando la ley de ohm resulta una circulacin de corriente de 0,5A. Elinstrumento A (Ampermetro), conectado en el circuito indicar dicho valor enforma instantnea.

Esto significa que para tiempo menor que cero la corriente vale cero y

para tiempo mayor que cero, circula en forma instantnea, es mxima y devalor constante, I = 0,5A.

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Se considera t = 0 al instante en que se acciona la llave.

Respuesta de un circuito si se conecta un inductor

Si conectamos un inductor, el valor mximo de la corriente que circularser el mismo y estar dado por la resistencia hmica propia del inductor; peropara alcanzar dicho valor ser necesario que transcurra un tiempodeterminado, (debido a la inductancia propia del inductor), que se denominaconstante de tiempo y se calcula de la siguiente manera: = L / R

para L= 0,36 Henrios

y R=12 ;resultar = 0,03 segundos.

La constante de tiempo representa el tiempo en segundos que necesitala corriente para alcanzar el 63,2 por ciento de su valor final.

El estado transitorio es precisamente el que transcurre cuando enfuncin del tiempo los cambios en el valor de corriente son apreciables (suduracin en segundos ser ts). Como fin del estado transitorio se toma el

periodo ts = 3 a 5 , en nuestro caso alrededor de 0,09 segundos. De aqu enms, se considera que el circuito se comportar a estado permanente.

Circulacin de corriente alterna a travs de un inductor

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Cuando a una bobina se le aplica un voltaje alterno Fig. V.03, circula unacorriente cuya intensidad vara entre cero y mximo, en ambos sentidos y enfuncin de la frecuencia de operacin y del tiempo, generndose un campomagntico variable.

Analicemos que ocurre durante cada semiciclo de la frecuencia deoperacin de la corriente que circula.

Durante la primera mitad, es decir entre cero y mximo, al aumentar laintensidad de la corriente aumenta tambin la fuerza del campo magntico y seinduce una fuerza electromotriz (f.e.m.), de polaridad positiva. En la siguientemitad del semiciclo, la intensidad de la corriente decrece en funcin de la f.e.m.aplicada y la f.e.m. inducida, resulta de polaridad negativa.

Cunto mayor sea la rapidez con que vare la intensidad, mayor la f.e.m.inducida, y mayor la oposicin a dichos cambios. El efecto total ser el de teneruna bobina y dos fuentes de voltaje, siendo estas, la f.e.m. aplicada y la f.e.m.

inducida. Esta ltima es de sentido opuesto a la aplicada y tanto mayor, cuantoms rpida sea la variacin de intensidad, oponindose al aumento de lamisma.

Relacin fem. aplicada / fem. inducida

Si en un circuito elctrico aumenta la intensidad de la corriente, la f.e.m.inducida se opone al voltaje aplicado y tiende a impedir dicho aumento ycuando la intensidad disminuye, la f.e.m. inducida se suma al voltaje aplicado ytiende a impedir que la intensidad disminuya. De estas consideraciones surgela ley de Lenz que se enuncia as:

Cuando el flujo de corriente a travs de un circuito vara en intensidad,

origina un campo magntico variable, que crea una f.e.m. inducida que seopone al cambio, en la intensidad de la corriente que la produce.

El valor de f.e.m. inducida es igual al producto del nmero de vueltas dela bobina por el flujo magntico dividido por el tiempo que necesita el flujo, parapasar de su valor mximo a cero:

e = N.100 . t

e: f.e.m. inducida (Voltios). : flujo magntico (Maxwells)N: nmero de vueltas t: tiempo (segundos)

100: factor de conversin de unidades.

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Toda bobina que se emplee expresamente por su propiedad inductiva sedenomina inductor. La inductancia propia de una bobina depende de suscaractersticas fsicas, o sea dimensin, nmero de vueltas y propiedadesmagnticas de su ncleo.Cuando la longitud de una bobina es varias veces sudimetro se llama solenoide. En un solenoide cuya longitud es por lo menos

diez veces su dimetro, la inductancia se puede calcular como:

L = 1,26 . N . . A100 . l

:L: inductancia de la bobina (Henrios)N: nmero de vueltas: permeabilidad del ncleoA: rea del nucleo ( cm )l: Longitud del ncleo (cm)

La ecuacin ilustra como fluyen los diferentes factores en la inductancia

de una bobina. Todo inductor tiene por lo tanto, una inductancia propia que semanifiesta en un circuito como una oposicin al flujo de corriente. Dichaoposicin se denomina reactancia inductiva y se expresa como:

XL = 2 . f . LXL: reactancia inductiva (Ohmios)f : frecuencia (c/s)

L: inductancia (Henrios)

La reactancia inductiva XL, es directamente proporcional a la frecuenciade la fuente de energa a la cual se conecta y vara para un mismo valor de

inductancia L, al variar la frecuencia de operacin f.En la prctica es imposible realizar un inductor que no contenga adems

de inductancia, la resistencia ohmica del alambre con el cual se construye. Estoda origen al concepto de impedancia que matemticamente se expresa como:

________

Z = R + XL

Z : impedancia del circuito (ohmios)R : resistencia ohmica pura del circuito (ohmios)XL: reactancia inductiva del circuito (ohmios)

DISTINTOS TIPOS DE BOBINAS ELCTRICAS

Distintos tipos de bobinas elctricas Imagen de una bobina de choque

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Choke_electronic_component_Epcos_2x47mH_600mA_common_mode.jpg


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BOBINAS DE CHOQUE

La bobina de choque, es un inductor diseado para tener una reactanciamuy grande a una frecuencia o rango de frecuencias determinada.

Se utiliza, para impedir el paso de corriente alterna de una parte de uncircuito a otra permitiendo al mismo tiempo que circule corriente continua, obien para impedir el paso de corriente en modo comn, mientras deja pasar lacorriente en modo diferencial.

Cuando se las construye para utilizarlas en altas frecuencia, suelen tenerncleo de ferrita. Si se desea crear un intenso campo magntico cerrado conuna corriente muy reducida, se construyen arrollando la bobina sobre uncircuito ferromagntico cerrado, que abarque todas las lneas de fuerza.

Debido al rpido establecimiento del campo magntico, se establece unafuerte tensin inducida opuesta y la corriente alcanza su mximo con unconsiderable retardo.

Las bobinas de choque bloquean casi por completo la corriente alterna,pero permiten la circulacin de corriente continua durante su funcionamiento enrgimen permanente.

BOBINAS DE ADAPTACIN

Por lo general constan de cuatro devanados arrollados en igual sentido,sobre un ncleo comn cerrado y sin entrehierro.

Se emplean para la adaptacin de impedancias y terminacin de lneas.

La relacin de transformacin, se establece en funcin del nmero deespiras o la impedancia a adaptar. Vara de 4:1 hasta 1:4. Sin embargo, en lamayora de los casos, se emplea la relacin 1:1.

BOBINAS DE INDUCCIN

Se construyen sobre un ncleo con entrehierro. Sobre el ncleo searrollan dos o ms devanados independientes.

Se emplean en circuitos de transmisin de audio, en los cuales seencuentra superpuesta una corriente continua. El caso ms frecuente es el de

los circuitos de audio de los telfonos.

APLICACIONES

EL REL:El rel, es un componente electromagntico de comando,

que se utiliza para habilitar, desconectar y/o conmutar circuitos elctricosasociados o independientes.

En telefona se utiliza para comandar otros elementos, haciendo que las

centrales telefnicas automticas cumplan con ciclos de funcionamientopredeterminados.

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Son numerosos los tipos de rels que actualmente se fabrican con finescomerciales, siendo por ello prcticamente imposible enumerarlos todos.

El rel SIEMENSde ncleo redondo, en sus dos versiones, fue muy utilizadoen la dcada del cincuenta como componente fundamental de todo tipo de

centrales telefnicas.Se lo construye con un soporte de escuadra, al cual estn fijados una

bobina, una armadura mvil y uno o ms paquetes de resortes de contacto.

La bobina puede llevar uno o ms arrollamientos de hilo conductoraislado, generalmente con un mximo de tres, pudiendo estos ser, todosactivos o algunos activos y otros neutros.

Rel de nucleo redondo, utilizado en centrales telefnicas.

a) De armadura soportada por perno b) De armadura soportada sobre arista

1. Tornillo de fijacin de los resortes 1. Resorte2. Resorte 2. Arista3. Contacto 3. Armadura

4. Soporte de escuadra 4. Bobina5. Perno de armadura 5. Terminales6. Armadura 6. Soporte de escuadra7. Ncleo 7. Ncleo

CIRCUITO MAGNTICO

Est compuesto por una parte de metal y una de aire, con sus partesconstitutivas en configuracin serie. La parte de metal comprende la escuadra,el ncleo de la bobina y la armadura, mientras que la parte de aire estconstituida por los entrehierros, ncleo - armadura y armadura - escuadra.

Esquema de un circuito magntico de un rel

El flujo que se genera cuando el arrollamiento es recorrido por unacorriente elctrica, es directamente proporcional al producto del nmero devueltas por la intensidad de corriente, e inversamente proporcional a lareluctancia del circuito magntico.

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En el aire la permeabilidad es constante y aproximadamente la unidad.

En aplicaciones particulares en las que se requieren excelentespropiedades magnticas, se recurre a alguna de las aleaciones de hierro ynquel (Allegheny, Permalloy, etc.) las cuales, adems de tener un alto

coeficiente de permeabilidad y un campo coercitivo despreciable, estnprcticamente exentas de envejecimiento y presentan elevada resistividadelctrica.

Esta ltima propiedad es especialmente apreciada en los rels muyrpidos porque las corrientes inducidas en la masa metlica del propio relretardan el funcionamiento.

CIRCUITO ELCTRICO

La bobina de un rel puede estar compuesta por varios arrollamientos;

unos de trabajo (activos) y otros de resistencia (neutros). Por arrollamientosactivos, se entienden todos aquellos, que ejercen una fuerza magntica sobrela armadura cuando son recorridos por corriente elctrica.

La fuerza de atraccin de un rel depende esencialmente de su fuerzamagneto motriz, es decir del nmero de espiras y de la corriente que circulapor ellas.

Los arrollamientos neutros o bifilares, son aquellos que presentan entresus bornes solo resistencia elctrica. Se arrollan con dos alambres en formabifilar y por lo tanto no inducen campos magnticos. La tolerancia para elvalor de resistencia es por lo general 0%.

Arrollamiento bifilar o resistivo puro de un rel.

RESORTES DE CONTACTO

Existe una gran cantidad de combinaciones para disponer los resortesde contacto de los rels. En los rels de nucleo redondo la disposicin esfrontal y en los de nucleo plano, lateral, las ms comunes son tres, Fig. V.11.

Resortes de contacto. A) Rels nucleo redondo. B) Rels nucleo plano1.- Normal abierto. 2.- Normal cerrado. 3.- De conmutacin.

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Distintos tipos de rels

Se conoce como rel de estado slido, a un circuito hbrido, al conjuntocompuesto por un opto acoplador que asla la entrada, un circuito de disparo,que detecta el paso por cero de la corriente de lnea y un triac o dispositivosimilar que acta de interruptor de potencia.

En la figura, se muestran los aspectos constructivos de un conjunto derels de estado slido, utilizados en la actualidad en la tecnologa electrnicadigital.

Aspecto constructivo de un conjunto de rels de estado solido

REL DE CORRIENTE ALTERNA

Este tipo de rel es muy utilizado en telefona, para alimentar el circuitode campanilla de los aparatos telefnicos. Consta de dos circuitos magnticoslaminados paralelos y dispuestos en forma de U.

Circuito electromagntico de un rel de corriente alterna

Al circular corriente alterna por sus bobinados, se generanalternativamente campos magnticos en ambos ncleos, por lo cul lasarmaduras se accionan y desprenden una por vez, al ritmo de cada semiciclode dicha corriente. De esta manera cuando de un sistema telefnico, un

abonado llama a otro, suena la campanilla.TIMBRE DE CORRIENTE ALTERNA

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Relequick,_Solid_State_Relays.gifhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Electronic_component_relays.jpg


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El ejemplo ms conocido de un sistema magntico polarizado es eltimbre de corriente alterna. El imn permanente de que va provisto magnetizacon la misma polaridad los ncleos de ambas bobinas.

La magnetizacin de los dos extremos de la armadura tambin es de lamisma clase, pero de polaridad opuesta a la de ambos ncleos. Si ahoracircula corriente por las bobinas, que representan un circuito en seriemagntica y elctrica, el campo magntico del polo se reforzar en un lado yse debilitar en el otro.

Circuito electromagntico del timbre de corriente alterna

La armadura, sin embargo, conserva su polaridad y se inclina hacia ellado en que se refuerza el polo opuesto. Invirtiendo el sentido de la corriente,cambia la armadura hacia el otro lado. Si las dos posiciones de la armadurase transfieren a un contacto de conmutacin, adopta ste dos posiciones deconmutacin que dependen del sentido de la corriente.

TRANSFORMADORES

Los transformadores, son dispositivos que se utilizan en electrnica paramodificar las caractersticas de una corriente elctrica; particularmente latensin. Permiten transformar una corriente alterna en otra corriente alternade la misma frecuencia, pero de tensin e intensidad diferentes.

Existen tambin, aparatos estticos tales como los rectificadores, quepermiten rectificar corriente alterna transformndola en continua. En conjunto,ambos son utilizados en la fabricacin de fuentes de alimentacin de energaelctrica. Un transformador, est compuesto en su forma ms simple, por unncleo magntico constituido por chapas de hierro dulce, sobre el cual sebobinan dos arrollamientos activos. Uno de ellos llamado primario, que sealimenta con la corriente alterna a transformar y otro llamado secundario, querecibe la corriente transformada.

Imagen y representacin esquemtica del transformador.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:WeldingTransformer-1.63.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Transformador.pnghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:WeldingTransformer-1.63.png


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Si el arrollamiento primario es recorrido por una corriente de intensidad Ise produce un flujo magntico proporcional a dicha intensidad. Si lacorriente es alterna y vara en forma sinusoidal, se obtiene tambin un flujoalterno y sinusoidal. Este ltimo se canaliza por el ncleo magntico y atraviesala bobina del secundario, induciendo una tensin variable con la misma

frecuencia que la corriente primaria,

Sean E1, I1, E2, I2, las tensiones e intensidades en el primario y en elsecundario respectivamente, y n1 y n2 el nmero de espiras de estosarrollamientos. La energa provista por segundo al primario es E1 . I1 y laenerga recogida en la unidad de tiempo en el secundario E2 . I2.

Haciendo caso omiso de las prdidas, y teniendo en cuenta el principiode conservacin de la energa, se tiene que

E1 . I1 = E2 . I2 o bin E1 /E2 =I2 / I1

Las intensidades en el primario y en el secundario son inversamenteproporcionales a las tensiones correspondientes.

Se demuestra por otra parte que: E1./E2 =n1 / n2

La tensin es directamente proporcional al nmero de espiras.

En un transformador resulta por ello fcil reconocer los dos circuitos,primario y secundario. A la tensin ms elevada le corresponde un nmerogrande de espiras de hilo fino y a la tensin ms baja corresponde un nmerochico de espiras de hilo grueso.

Si el circuito secundario est abierto, no circula por l corriente alguna, yel circuito primario se comporta como una bobina de autoinduccin. Circula porl una corriente relativamente elevada, pero completamente desfasadarespecto del voltaje, de manera que la potencia absorbida es prcticamentenula (slo intervienen las prdidas).

TRANSFORMADOR INDUSTRIAL

Su principal aplicacin se encuentra en el transporte y distribucin de laenerga elctrica.

El transformador es esencialmente reversible y de hecho, en las redesde interconexin, los transformadores que unen las lneas de tensin se utilizanen ambos sentidos, segn la demanda de corriente.

El ncleo magntico, constituido por un conjunto de lminas delgadas,tiene la forma de un anillo rectangular, y los arrollamientos estn bobinadosalrededor de los montantes verticales.

TRANSFORMADORES DE TENSIN

Tienen como mnimo dos devanados separados elctricamente ybobinados sobre un ncleo comn cerrado y sin entrehierro. Se utilizanpreferentemente para transformar la tensin de red.

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Su relacin de transformacin se elige segn los valores de lastensiones, por ej., 220 /12 V.

Como el ncleo de hierro es comn a ambas bobinas, existe unainterdependencia magntica entre ellas, con lo que es posible transferir energa

de una a otra.

Cuando se aplica al primario una corriente que cambia constantemente(por ejemplo, corriente alterna), el campo magntico creado por la bobina varaal comps de la corriente.

El secundario se encuentra, pues, en un campo magntico variable que,conforme a lo expuesto, induce tensin y corriente.

Si el secundario tiene el mismo nmero de espiras y la intensidad delcampo es tambin igual que en la bobina que lo genera, se produce unatransformacin con la relacin 1:1.

Si se modifica el nmero de espiras del secundario, la tensin inducidaaumentar o disminuir en la misma relacin, puesto que entonces seencuentran ms o menos espiras en el campo magntico inductor de la bobinaprimaria.

Este ejemplo de la transformacin de tensin se encuentra de formasencilla en el divisor de tensin. A la salida se aplica como carga, unaresistencia en un circuito de corriente continua

Divisor de tensin

Materiales tiles para la elaboracin de Inductores

ALAMBRE (como hilo de cobre esmaltado)

En el alambre de hilo de cobre esmaltado, el cobre es trefilado en fro ytiene una pureza del 99% (cobre electroltico) y el esmalte es resinoso(poliuretano) modificado con polister).

El hilo de cobre esmaltado, se emplea en la construccin del circuito

elctrico de todo tipo de inductores y motores y generadores de energaelctrica, as como en la elaboracin de resistores no inductivos.

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Distintos tipos de alambres y cables de cobre, con aislacin esmaltada o vinlica

FERRITAS

Toroide de ferrita, bobinado para uso como transformador de corriente elctrica.

Las ferritas son materiales cermicos ferromagnticos, compuestos porhierro, boro y bario. Tienen una alta permeabilidad magntica, lo cual les

permite almacenar campos magnticos con ms fuerza que el hierro.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Toroid_coil2.jpg


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Se utiliza para fabricar ncleos para transformadores elctricos,inductores de todo tipo y otros elementos elctricos o electrnicos.

ALNICO

Imanes de alnico

El alnico es una aleacin formada principalmente de cobalto, aluminio ynquel, aunque tambin puede contener hierro, cobre y en ocasiones titanio. Suuso principal es en aplicaciones magnticas.

Con aleaciones de Alnico se fabrican fuertes imanes permanentes, queproducen intensos campos magnticos. Los imanes alnico son ampliamente

utilizados en aplicaciones industriales y de consumo, tales como motores ygeneradores de energa elctrica, micrfonos y altavoces.

Carrera: Tcnico ElectrnicoEspecialidad: Sistemas de Control / automatizacin

PROFESOR: Ing. Jos SCHMIDT

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