Circuito inductivo: fórmula y diagrama.

¿Qué es un circuito inductivo y cómo funciona? Un circuito puramente inductivo es aquel en el que la única cantidad en el circuito es la inductancia (L), sin otros componentes como resistencia o capacitancia. La corriente en este tipo de circuito va a la zaga del voltaje en 90 grados. La reactancia inductiva es la resistencia al flujo de corriente a través de un inductor de CA y es proporcional a la frecuencia de suministro.

¿Qué es un circuito inductivo?

Un inductor es una bobina que almacena energía eléctrica en un campo magnético a medida que la corriente pasa a través de él. Un inductor consiste en un alambre que se enrolla en una bobina. Cuando la corriente que fluye a través del inductor varía, el campo magnético variable en el tiempo produce un EMF que interfiere con el flujo de corriente. El Henry es la unidad de medida de la inductancia. La reactancia inductiva se define como la resistencia al flujo de corriente. Visitar aquí conocer básicamente el circuito inductivo.

La siguiente figura representa un circuito de inductancia pura:

Digamos que el voltaje de CA del circuito está dado por la ecuación:

V={V}_{m}sen(\omega t)

Como resultado, una corriente alterna I pasa a través de la inductancia, provocando la formación de un EMF. La fem producida se puede calcular por e=-L di/dt.

La fem inducida del circuito es igual y opuesta al voltaje aplicado. Como resultado, la ecuación se convierte en v=-e. Cuando cambiamos el valor de e en la ecuación anterior, obtenemos la siguiente ecuación:

di=\frac{{V}_{m}}{L}sin(\omega t)dt

Integrando ambos lados de la ecuación anterior obtenemos,

i=\frac{{V}_{m}}{L}sin(\omega t-\pi /2)

donde esta ks_L = ωL es la oposición que proporciona la inductancia pura al flujo de corriente alterna, también conocida como reactancia inductiva. Cuando sen (ωt – π/2) = 1, el valor actual será el más alto. Por lo tanto, yo_metro=V_metro/X_L.

Inductancia de corriente alterna y reactancia inductiva

Los inductores y estranguladores consisten en bobinas o bucles de alambre enrollados alrededor de un tubo hueco (núcleo de aire) o material ferromagnético (núcleo de hierro) para aumentar su valor inductivo.

Cuando se aplica un voltaje a los terminales del inductor, se forma un campo magnético que almacena la energía del inductor. La tasa de aumento de la corriente que fluye a través del inductor está controlada por su propio valor EMF autoinducido o inverso, que no es instantáneo.

El voltaje de la espalda EMF V_L la bobina de un inductor es proporcional a la tasa de cambio de la corriente que fluye a través de él.

Cuando la fuerza contraelectromotriz autoinducida cae a cero, esta corriente seguirá aumentando hasta que alcance su estado estable máximo, que es de aproximadamente cinco constantes de tiempo.

En esta etapa, fluye una corriente constante a través de la bobina y no se genera más atrás EMF para combatir el flujo de corriente. Como resultado, la bobina se comporta más como un cortocircuito, permitiendo que la corriente máxima fluya a través de ella.

El flujo de corriente a través de un inductor se comporta de manera muy diferente en un circuito de CA de inductancia de CA que en un voltaje de CC constante. En un circuito de CA, la resistencia a la corriente que fluye a través de los devanados de la bobina está determinada no solo por la inductancia de la bobina, sino también por la frecuencia de la forma de onda del voltaje aplicado, que varía de valores positivos a negativos.

La resistencia de CA de una bobina en un circuito de CA determina la oposición real a la corriente que lo atraviesa, y esta resistencia de CA está representada por un número complejo. Sin embargo, el término reactancia se usa para distinguir el valor de resistencia de CC del valor de resistencia de CA, que también se conoce como impedancia.

La reactancia, como la resistencia, se mide en ohmios, pero se denota con la letra “Ks” para distinguirla de los valores “R” puramente resistivos. Como el componente del problema es un inductor, la reactancia del inductor se conoce como reactancia inductiva, (Ks_L), y se mide en ohmios. K S_LLa fórmula =2πfL se puede utilizar para calcular su valor.

Donde KSL es la reactancia inductiva en ohmios, π (pi) es una constante numérica de 3,142, f es la frecuencia en hercios y L es la inductancia en henrios, (H). También podemos definir la reactancia inductiva en radianes (Ks_L= ωL), donde Omega, ω es igual a 2πƒ.

Cuando se aplica un voltaje sinusoidal a una bobina inductiva, la fuerza contraelectromotriz se opone a la subida y bajada de la corriente que fluye a través de ella, y en una bobina totalmente inductiva sin resistencia ni pérdidas, esta impedancia (que puede ser una cantidad compleja) es igual a la reactancia inductiva. Además, dado que la reactancia tiene tanto magnitud como dirección, se representa mediante un vector (ángulo). Considere el siguiente circuito:

Una inductancia pura de L Henries (H) se conecta a través de un voltaje sinusoidal generado por la fórmula V

Sin embargo, el voltaje cambia de polaridad antes de que la corriente alcance su valor máximo, como lo haría en un circuito de CC, lo que hace que la corriente cambie de dirección. La FEM inversa autoinducida en la bobina retrasa una vez más el cambio en la otra dirección, y en un circuito con solo inductancia pura, la corriente se retrasa en 90^sobre.

La tensión aplicada alcanza su máximo valor positivo un cuarto (1/4f) de ciclo antes que la corriente; en otras palabras, el voltaje aplicado a un circuito puramente inductivo “LLEVA” la corriente durante un cuarto (1/4) de ciclo o 90^sobreComo se muestra abajo.

Este efecto también se puede visualizar utilizando un diagrama fasorial, en el que el voltaje “adelanta” a la corriente en 90^sobre en una conexión puramente inductiva. Sin embargo, si usamos el voltaje como referencia, podemos decir que la corriente “retrasa” al voltaje un cuarto de ciclo (90^sobre), como se ilustra en el siguiente diagrama vectorial.

Diagrama fasorial para inductancia CA (referencia: electronica-tutoriales.vs)

V_L “conduce” yo_L a 90^sobre para un circuito inductor puro, alternativamente podemos decir que yo_L “se queda atrás” V_L a 90^sobre.

Hay varias formas de recordar la relación de fase entre el voltaje y la corriente que fluye a través de un circuito inductor puro, pero una de las más fáciles es usar el mnemotécnico “ELI”. En la inductancia AC, ELI representa primero la fuerza electromotriz, L antes que la corriente I. En otras palabras, el voltaje antes de la corriente en el inductor, E, L, I es igual a “ELI”, y esta afirmación siempre es válida para un circuito inductor puro, independientemente del ángulo de fase.

Diagrama fasorial y curva de potencia de un circuito inductivo

En un circuito inductivo de CA pura, la corriente está 90 grados detrás del voltaje. La forma de onda del circuito puramente inductivo, la curva de potencia y el diagrama fasorial se presentan a continuación.

Los colores azul, rojo y rosa representan formas de onda de tensión, corriente y potencia. Cuando el voltaje y la corriente están en su valor máximo positivo, la potencia también es positiva; por el contrario, cuando el voltaje y la corriente están en su valor negativo más bajo, la potencia también es negativa. La diferencia de fase entre el voltaje y la corriente es la razón de esto.

El valor actual cambia cuando el voltaje disminuye. Cuando la corriente está en su máximo o pico, el voltaje en ese punto será cero, y el voltaje y la corriente estarán desfasados ​​90 grados.

En el lado izquierdo de la forma de onda, el diagrama fasorial muestra la corriente (I_metro) tensión residual (V_metro) en un ángulo de π/2.

Potencia en un circuito inductivo puro

La potencia instantánea de un circuito inductivo está dada por

P=\frac{{V}_{m}}{\skrt{2}}\frac{{I}_{m}}{\skrt{2}}sin(2 \omega t)

O P=0

Como resultado, con una conexión puramente inductiva, la potencia promedio disipada es cero. Dado que los bucles negativo y positivo están bajo la misma curva de potencia, la potencia promedio en un cambio, o medio ciclo, es cero.

Durante el primer cuarto de ciclo de un circuito puramente inductivo, la potencia suministrada por la fuente se almacena en el campo magnético creado alrededor de la bobina. El campo magnético se debilita en el siguiente cuarto de ciclo y la energía acumulada en el primer cuarto regresa a la fuente. En cada ciclo, este proceso se repite, por lo que no se consume energía en el circuito.