«La autoinducción detiene el aumento de voltaje en los circuitos inductivos». Si está relacionado en situaciones electricidad, debe haber escuchado afirmaciones similares. Este fenómeno es en realidad propio de los circuitos inductivos. En este artículo, describiremos con palabras sencillas qué es la autoinducción y dónde se aplica.
Indice
¿Qué es la autoinducción?
La autoinducción, es la aparición de una fuerza electromotriz (EMF), en el conductor que se dirige en dirección opuesta a la tensión de alimentación en el momento que fluye la corriente. En este caso, se da en el momento en que cambia la corriente en el circuito.
La corriente eléctrica, cambiante genera un campo magnético aleatorio, que a su vez conduce el EMF en el conductor. Esto es similar a la formulación de la ley de inducción electromagnética de Faraday.
La ley dice lo siguiente:
El voltaje que se le induce a un circuito que se encuentra cerrado, es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético en el tiempo, el cual puede atravesar cualquier superficie, teniendo como límite, o borde al propio circuito.
Es decir:
E=SF/dt
Donde E es el EMF de autoinducción, medido en voltios, F es el flujo magnético, la unidad de medida es WB(V/s).
Inductancia
Ya hemos dicho que la autoinducción es inherente a los circuitos inductivos, así que consideremos el fenómeno de la autoinducción usando el ejemplo de una bobina inductiva.
Una bobina de inducción o inductor, es un elemento que es contiene un conductor aislado. Para aumentar la inductancia, se aumenta el número de bobinas, o se coloca un núcleo de material magnético blando o de otro tipo dentro de la bobina.
La unidad de inductancia es (Dn). La inductancia caracteriza por cuánto el conductor contrarreste la corriente eléctrica. Debido a que se forma un campo magnético alrededor de cada conductor sobre el que fluye la corriente, colocando el conductor en un campo alterno, se originará una corriente.
A su vez, se irán originando campos magnéticos en cada giro de la bobina. Debido a esto, se generará un fuerte campo magnético alrededor de la bobina por la que fluye la corriente. Si su fuerza cambia, el flujo magnético alrededor de la bobina también cambiará.
Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, si un flujo magnético alterno pentra en la bobina, se formará un EMF de corriente y una autoinducción.
La fórmula para el EMF de autoinducción en la inductancia es la siguiente:
Es decir, cuanto mayor sea la inductancia, y cuanto mayor y más rápido sea el cambio de corriente, más fuerte será el aumento de EMF.
A medida que la corriente en la bobina aumenta, se produce un EMF de autoinducción, que se dirige contra el voltaje de la fuente de alimentación, por lo que el aumento de la corriente se ralentizará. Lo mismo ocurre cuando la corriente en la bobina disminuye, la autoinducción llevará a la aparición de un CEM.
Esto mantendrá la corriente en la bobina en la misma dirección que antes. Por lo tanto, el voltaje en los cables de la bobina será el opuesto a la polaridad de la fuente de alimentación.
En la siguiente figura se ve que cuando se enciende y apaga el circuito inductivo, la corriente no aumenta bruscamente sino que cambia de forma gradual. Las leyes de conmutación también te dicen esto.
Otra definición de inductancia es que el flujo magnético es proporcional a la corriente pero, en su fórmula, la inductancia actúa como un factor de proporcionalidad.
F=L*I
Coeficiente de autoinducción
El coeficiente de inducción, nos dice que el campo magnético de una corriente eléctrica, según la Ley de Biot, es proporcional a la intensidad de la corriente que lo causa.
Al ser el campo proporcional a la intensidad de corriente, también lo será el flujo de esta.
El coeficiente de autoinducción, es una propiedad global del circuito. Sin embargo, dado a que a menudo el campo magnético es mucho más intenso en las bobinas presentes, puede considerarse que el flujo magnético se concentra en ellas y asignarle el valor de la autoinducción como algo localizado.
El transformador y la inductancia mutua
Si dos bobinas se colocan muy cerca, por ejemplo en el mismo núcleo, se producirá un fenómeno de inducción mutua. Hagamos pasar la corriente alterna por la primera, entonces su corriente alterna penetrará en las bobinas de la segunda y el EMF aparecerá en sus salidas.
El EMF dependerá de la longitud del cable, respectivamente del número de vueltas, así como de la magnitud de la permeabilidad magnética del medio. Si se colocan simplemente cerca uno del otro, el EMF será bajo, y si se toma el núcleo de acero en la bobina, el EMU será más grande. Realmente, es de esta manera que por la que esta organizado el transformador.
Aplicaciones de la autoinducción
Si se entiende la parte teórica, también es posible conocer la aplicación en la práctica del fenómeno de autoinducción. Veamos ejemplos de lo que vemos en la vida cotidiana y en la tecnología.
Una de las aplicaciones más útiles es un transformador, el principio de su funcionamiento ya lo hemos considerado. Hoy en día es cada vez menos común, pero antes, se utilizaban lámparas fluorescentes tubulares en las luminarias.
Su principio de funcionamiento se basa en el fenómeno de la autoinducción.
Después de activar el arrancador, sus contactos se abren, entonces el inductor (bobina de alta inductancia) tiende a mantener la corriente en la misma dirección, induce un EMF de alto valor de autoinducción y enciende las lámparas.
De manera similar, este fenómeno se aplica en el circuito de ignición de un coche o motocicleta que funciona con gasolina. En ellos, una llave mecánica (interruptor) o semiconductor (transistor en el EMF) se instala entre la bobina de inducción y polo negativo.
Este interruptor, en el momento en que se debe formar una chispa para el encendido del combustible en el cilindro, rompe el circuito de potencia de la bobina. Entonces la energía almacenada en el núcleo de la bobina hace que el EMF de autoinducción aumente y el voltaje en el electrodo de la vela aumenta hasta que se rompe el espacio de la chispa o la bobina se quema.
En las fuentes de alimentación y en la ingeniería de audio, a menudo es necesario eliminar las ondulaciones innecesarias, el ruido o la frecuencia de la señal. Para ello se emplean filtros en diferentes configuraciones. Una de las opciones son los filtros LC, LR.
Al evitar el aumento de la corriente y la resistencia de la CA, es posible lograr los requerimientos necesarios.
El EMF de autoinducción es perjudicial para los contactos de interruptores, disyuntores, enchufes, máquinas automáticas y otras cosas.
Puede que haya notado que cuando saca el enchufe de una aspiradora en funcionamiento, a menudo notará un destello en su interior. Se trata de la resistencia a la corriente cambiante en la bobina (el bobinado del motor en este caso).
En las llaves de semiconductores, esto es más crítico. Incluso una pequeña inductancia en el circuito puede romperlas cuando se alcanzan los valores máximos. Para protegerlas, están equipadas con cadenas de semiconductores en las que se disipa la energía de las explosiones inductivas.
Autoinducción: Resumen
Las condiciones necesarias para que se produzcan los EMF de autoinducción son: presencia de inductancia en el circuito y cambio de corriente en la carga.
Puede ocurrir tanto en el funcionamiento, como en el cambio de modos o influencias perturbadoras, como en la conmutación de dispositivos. Este fenómeno puede dañar los contactos del relé y del arrancador porque provoca la formación de arcos cuando se abren los circuitos inductivos como los motores.
Para reducir los efectos negativos, la mayoría de los aparatos de conmutación están equipados con cámaras de supresión de arco.
Para fines útiles, el fenómeno de EMF se emplea con bastante frecuencia. Desde el filtro para suavizar las ondulaciones de corriente y el filtro para las frecuencias en los equipos de audio, hasta los transformadores y las bobinas de encendido de alta tensión en automóviles.
Finalmente, recomendamos ver un video útil sobre el tema de la autoinducción, que trata brevemente y en detalle el fenómeno de la autoinducción:
Esperamos que puedan entender lo que es la autoinducción, cómo se manifiesta y dónde puede ser utilizada.
Redactado por: Alexander Myasoedov