INDUTORES

Prévia do material em texto

INDUTORES
ALUNA:
MAIARA JOSÉ ARAUJO DOS SANTOS 201407280759
NITERÓI
12/04/2016
INDUTOR
	O indutor, também conhecido como solenóide ou bobina, é um componente elétrico capaz de armazenar energia em um campo magnético gerado pela corrente que o circula. Essa capacidade é chamada de indutância e é medida em Henrys (H).
	De maneira geral, um indutor é composto por um fio condutor enrolado de forma de espiral. Cada volta da bobina é chamada de espira e a sua quantidade influencia diretamente na intensidade do campo magnético gerado.
	Indutores são amplamente utilizados em circuitos analógicos e em processamento de sinais. Juntamente com capacitores e outros componentes, formam circuitos ressonantes, os quais podem enfatizar ou atenuar frequências específicas.
	As aplicações possíveis vão desde o uso de grandes indutores em fontes de alimentação, como forma de remoção de ruídos residuais, além de bobinas de ferrite ou toroidais para filtragem de rádio-frequência, até pequenos indutores utilizados em transmissores e receptores de rádio e TV. Indutores também são empregados para armazenamento de energia em algumas fontes de alimentação chaveadas.
	Dois ou mais indutores acondicionados juntos em um mesmo circuito magnético formam os chamados transformadores, os quais são elementos fundamentais em inúmeros sistema elétricos.
	Os indutores reais apresentam perdas devido à resistência elétrica dos condutores, além de perdas magnéticas geradas por correntes parasitas (correntes de Foucault), pela histerese e saturação do material, além de outros fatores.
	As correntes parasitas são induzidas pela variação do fluxo magnético em corpos metálicos. São vantajosas em algumas aplicações, mas extremamente nocivas em muitos casos, pois acarretam grande dissipação de energia, principalmente na forma de calor.
	A histerese magnética pode ser entendida, de forma bastante simplificada, da seguinte maneira: um material, ao ser submetido a um campo magnético, retém um fluxo magnético residual, Mesmo após haver cessado o campo magnético. Tal “efeito memória” ocasiona grandes perdas em circuitos de corrente alternada, principalmente em altas frequências. A histere depende do tipo de material empregado, por isso, para cada aplicação será empregado um material ferromagnético diferente.
	A saturação pode ser definida como o máximo de magnetização que um material pode assumir. Um aumento do campo magnético acima do limiar de saturação não provocará nenhum aumento da magnetização.
TEORIAS CONSTRUTIVAS
	Um indutor é geralmente construído como muma bobina de material condutor, por exemplo, fio de cobre. Um núcleo de material ferromagnético aumenta a indutância concentrando as linhas de força de campo magnético que fluem pelo interior das espiras. Indutores podem ser constrídos em circuitos integrados utilizando o mesmo processo que é usado em chips de computador. Nesses casos, normalmente o alumínio é utilizado como material condutor. Porém, é raro a construcão de indutores em CI’s.; eles são volumosos em uma pequena escala, e praticamente restritos, sendo muito mais comum o uso de um circuito chamado “gyrator”, que utiliza um capacitor comportando-se como se fosse um indutor.
	Pequenos indutores usados para frequências muito altas são algumas vezes feitos com um fio passando através de um cilindro de ferrite.
APLICAÇÕES
	Os indutores estão relacionados aos eletromagnetos em estrutura, mas são usados para um propósito diferente: armazenar energia em um campo magnético.
	Por sua abilidade em alterar sinais CA (corrente alternada), os indutores são usados extensivamente em circuitos analógicos e processamento de sinais, incluindo recepções e transmissões de rádio. Como a reatância indutiva XL muda com a frequência, um filtro eletrônico pode usar indutores em conjunto com capacitores e outros componentes para filtrar partes específicas da frequência do espectro.
	Dois (ou mais) indutores acoplados formam um transformador, que é um componente fundamental em qualquer rede elétrica nacional. 
	Um indutor é normalmente usado como saída de uma fonte chaveada de alimentação. O indutor é carregado para uma fração específica da frequência de troca do regulador e descarregado pelo restante do ciclo. Esta relação carrega/descarrega é o que reduz (ou impulsiona) a tensão de entrada para seu novo nível.
COMPORTAMENTO DO INDUTOR EM CORRENTE CONTÍNUA
	Aplicando-se uma tensão contínua aos terminais de um indutor inicialmente desenergizado, a corrente será nula, pois o indutor se opõe as variações bruscas de corrente. Após essa situação inicial, a corrente aumenta gradativamente, pois à medida que o tempo passa, o indutor energiza-se obedecendo a uma função exponencial, até atingir o valor máximo. À medida que a corrente aumenta, a tensão nos terminais do indutor diminui exponencialmente até atingir zero. Devido a esse comportamento, diz-se que acorrente e a tensão no indutor estão defasadas entre si, sendo que a tensão está adiantada da corrente.
INDUTOR EM CORRENTE ALTERNADA
	Em corrente alternada o indutor oferece oposição à passagem da corrente alternada. Essa oposição é denominada reatância indutiva, que depende da frequência e da indutância do indutor.
CIRCUITO RL LIGADO A UMA FONTE DE TENSÃO CONTÍNUA
	
	Ao ser fechada a chave do circuito, a corrente no indutor não atingirá o seu valor máximo instantaneamente. A corrente no circuito aumentará exponencialmente com o tempo e somente após cinco vezes a constante de tempo do circuito atingirá mais de 99% do valor máximo.
CIRCUITO RL LIGADO A UMA FONTE DE TENSÃO ALTERNADA
	Em corrente alternada o indutor será energizado ora num sentido e ora no outro, seguindo as variações da tensão imposta pela fonte de tensão alternada. Como foi observado para o circuito RL em corrente continua, a corrente está atrasada da tensão no indutor, sendo que em corrente alternada, também será verificado este fato. Considerando a tensão da fonte senoidal a corrente no circuito será cossenoidal.
	Como seno e cosseno têm diferença angular de 90°, diz-se que a corrente está atrasada de 90° da tensão no indutor.
	Devido as frequentes mudanças no sentido do fluxo magnético, o indutor reage aumentando a oposição às variações de polaridade aplicadas pela fonte de tensão alternada a corrente do circuito, sendo maior quanto maior for a frequência de variação. Essa oposição é denominada reatância indutiva, que depende da frequência e da indutância do indutor.
PRINCIPAIS TIPOS DE INDUTORES
Bobinas com núcleo de ar: São indutores que não utilizam núcleo de material ferromagnético. Possuem baixa indutância e são utilizadas em altas frequências, pois não apresentam as perdas de energia causadas pelo núcleo, as quais aumentam consideravelmente com a frequência.
Bobinas com núcleo ferromagnético: Empregam materiais ferromagnéticos no núcleo, aumentando milhares de vezes o valor da impedância, devido ao aumento e concentração do campo magnético. Entretanto, apresentam diversos efeitos colaterais, tais como correntes de Foucault, histerese, saturação etc.
Bobinas com núcleo laminado: Muito utilizadas em transformadores e outros indutores que operam em baixa frequência. O núcleo dessas bobinas é feito de finas camadas de aço-silício, envolvidas por uma cobertura de verniz isolante. O verniz isolante previne a formação de correntes parasitas (Foucault) e a adição de silício ao aço reduz a histerese do material.
Bobinas com núcleo de ferrite: Feitas de um tipo de cerâmica ferrimagnética não condutora, não apresentando correntes parasitas, além de baixa histerese. São empregas em altas frequências, onde o material apresenta maior rendimento.
Bobinas Toroidais: Em indutores em forma de bastão, o campo magnético circula não só pelo núcleo, mas também pelo ar entre uma extremidade e outra da bobina. Isso causa grandes perdas, diminuindo o valor da indutância. Um núcleo toroidal é feito geralmente de ferrite e possui o formato de uma rosca, criandoum caminho fechado para a circulação do campo magnético, aumentando, com isso, o valor da indutância.
ASSOCIAÇÃO DE INDUTORES
	Série: Dois ou mais indutores em série, ou seja, percorridos pela mesma corrente, poderão ser associados como uma indutância equivalente (Leq), bastando realizar a soma das indutâncias individuais. Assim, sejam L1, L2 e L3 indutâncias em série, temos a indutância equivalente:   
Leq = L1 + L2 + L3  [H]
	Paralelo: Dois ou mais indutores em paralelo, ou seja, sujeitos à mesma ddp, poderão ser associados como uma indutância equivalente (Leq), onde o inverso de tal indutância será a soma dos inversos das indutâncias individuais. Assim, sejam LA, LB e LC indutâncias em paralelo, temos:
	Considerando-se duas indutâncias em paralelo, a equação poderá ser resumida a equação:
TENSÃO INDUZIDA (VL)
	Ao variar a corrente em um indutor, este irá armazenar energia na forma de campo magnético, o qual será "devolvido" ao componente na forma de ddp entre seus terminais. Tal propriedade chamada de indutância é o nível de ddp poderá ser determinada pela equação abaixo:
REATÂNCIA INDUTIVA (XL)
	 A ddp induzida irá se opor ao fluxo de corrente que a originou. A oposição ao fluxo de corrente elétrica para este componente é chamada de Reatância Indutiva, XL. Por se tratar de uma oposição ao fluxo de elétrons, sua unidade é o Ohm [Ω].
XL = 2.π.f.L
     Pela equação acima observa-se que quanto maior for a indutância L ou a frequência aplicada f, maior será sua oposição ao fluxo de elétrons. Devido a tal característica, um indutor em série em um circuito CC se comporta como um curto-circuito.
CÁLCULOS COM INDUTORES
Relação tensão/corrente
V(t) = Ldi (t)
 dt
Se a corrente for contínua, o indutor se comporta como um curto-circuíto.
Cáculo da indutância
L = NO
 I
N = Número de espiras
O = Fluxo magnético
i = Corrente pelo condutor
Energia no indutor
W = Li2 
 2
L = Indutância
i = Corrente no indutor
SIMBOLOGIA
	Abaixo são apresentados os símbolos dos indutores.
FILTROS NA PRÁTICA
Existem diversas configurações práticas de filtros usando capacitores e indutores.
O número de capacitores e indutores usados num filtro, assim como sua disposição determinam o seu modo de ação.
Esse modo normalmente é expresso pela forma como ele atenua as freqüências a partir do ponto em que ele deve fazer isso. Essa atenuação é medida em "dB por oitava", ou seja, em quantos dB (decibéis) é reduzida a intensidade do sinal para cada aumento de 1/8 do valor da freqüência.
Os filtros mais simples possuem poucas seções, ou seja, conjuntos básicos de capacitores e indutores, enquanto que os mais elaborados podem ter muitas seções.
Damos a seguir alguns tipos práticos de filtros que podem ser encontrados com freqüência nos equipamentos eletrônicos comuns:
 
a) Filtros Passa-Baixas
Existem três tipos mais simples de filtros destinados a deixar passar os sinais de baixas freqüências e que são mostrados na figura.
O primeiro (a) é denominado "filtro T", sendo formado por dois indutores e um capacitor.
Os indutores são ligados em série, de modo a oferecer pequena oposição à passagem dos sinais de baixas freqüências e maior oposição à passagem das altas freqüências.
O capacitor é ligado em paralelo de modo a curto-circuitar os sinais de altas freqüências que ainda conseguem passar pelo primeiro indutor.
O segundo  (b) é um filtro mais simples de "meia secção" usando apenas um indutor e um capacitor. Esse filtro também é chamado "L" pela semelhança com essa letra invertida.
Seu funcionamento é semelhante ao filtro anterior: o indutor oferece forte oposição à passagem dos sinais de freqüências mais altas enquanto que o capacitor curto-circuita os sinais que ainda possam passar.
Temos finalmente em (c) um filtro "PI" que utiliza dois capacitores e um indutor.
Neste circuito, o primeiro capacitor funciona como um curto-circuito para os sinais de alta freqüência. O indutor ainda dificulta a passagem dos que não forem curto-circuitados e o segundo capacitor curto-circuita os sinais que ainda conseguem passar.
Esse tipo de filtro é muito usado em fontes de alimentação para eliminar as ondulações que restam após o processo de retificação.
Nos transmissores, esse tipo de filtro é usado para eliminar harmônicas e sinais espúrios.
b) Filtros passa-altas
Na figura temos as três configurações mais comuns para os filtros deste tipo.
O primeiro (a) é um circuito T em que temos dois capacitores e um indutor. Neste circuito, os capacitores dificultam a passagem dos sinais de baixas freqüências, enquanto o indutor coloca em curto os sinais de baixas freqüências que ainda conseguem passar.
O segundo é um filtro em "L" em que usamos um capacitor e um indutor. (b)
Nele, os sinais de alta freqüência passam com facilidade pelo capacitor e não passam pelo indutor.
Finalmente, temos em (c) um filtro em PI, com dois indutores e um capacitor.
As configurações que mostramos podem ser ampliadas com a repetição de diversas secções iguais de modo a aumentar seus efeitos.
A ação de um filtro é medida em termos de atenuação do sinal a partir da freqüência para o qual foi calculado.
Assim, um filtro típico pode ter atenuações de 6 dB por oitava, 12 dB por oitava, etc, dependendo do modo como são construídos. Vejamos melhor o que significam esses números.
A atenuação do sinal para um filtro passa-baixas, por exemplo, expressa em dB por oitava (decibéis por oitava), indica quanto o sinal diminui de intensidade na saída do filtro quando a freqüência aumenta 1/8 de seu valor a partir daquele para o qual o filtro é  calculado.
Por exemplo, se elevarmos de 2 000 para 2 250 Hz (1/8 de 2 000 é 250), a intensidade do sinal diminui de 12 dB para um filtro cuja atenuação é de 12 dB por oitava, conforme mostra a curva da figura 2.
Filtros Divisores Para Alto-Falantes
Uma aplicação interessante que já citamos, para os filtros é na separação dos sinais de diversas frequências de áudio para os alto-falantes que devem fazer sua reprodução.
Existem diversas possibilidades para a conexão desses filtros:
a) Série
Nessa configuração, os alto-falantes e os elementos do filtro (indutor e capacitor) são ligados em série, conforme mostram os circuitos da figura.
O número de capacitores e indutores (que são iguais) determinam a eficiência do filtro, ou seja, a separação dos sinais em faixas apropriadas à reprodução dos alto-falantes.
No primeiro caso, usamos um capacitor e um indutor, obtendo uma atenuação de 6 dB por oitava. No segundo caso temos uma atenuação de 12 dB por oitava e no terceiro 18 dB por oitava.
Colocando as atuações desses filtros num gráfico, temos as curvas mostradas na figura.  Veja que,m quanto maior for o número de dB/oitava, melhor é a separação dos graves, médios e agudos.
 b) Paralelo
Nos filtros paralelos, os indutores e capacitores são ligados em redes paralelos de modo que todo o conjunto fica em paralelo com os alto-falantes.
Na próxima figura mostramos três tipos de filtros paralelos com atenuações de 6, 12 e 18 dB por oitava.
As curvas de separação das diversas freqüências são semelhantes às obtidas para o caso dos filtros em série.