O que são Indutores e seu funcionamento

Os indutores são componentes eletrônicos de fácil fabricação, são construidos com diversos loops de fio, voltas, que formam assim um campo magnético que inteferem no fluxo da corrente.

Quando a corrente passa pelo fio esta induz um campo magnético que ao ser interceptado pelo proprio fio condutor interfere assim no fluxo da corrente.

Como o Indutor é composto de diversos loops a própría corrente sobre sua estrutura causa interferência em seu fluxo pelo campo magnético que ela mesma forma.

Com isso uma corrente continua que passa através do Indutor produz um campo magnético constante, assim a corrente continua a fluir livremente através do condutor, porém ao sofrer variação na corrente o campo magnético também sofre alteração, assim uma corrente alternada em determinada frequência passará a sofrer resistência, quanto mais elevada a frequência de oscilação da corrente, maior será a resitência. Podendo tal resistência ser medida como reatância e tem uma defasagem de 90 graus.

Indutor ou Bobina?

Os indutores possuem outros nomes que são também adotados na literatura, e pode variar conforme o circuito aplicado.

O termo Bobina, Choque, e até mesmo Reator reference ao mesmo componente.

Os Reatores são um tipo de bobina utilizados especialmente em lampadas florescentes, são grandes e pessados e hoje em muitos casos são substituidos por circuitos especiais, sua função é regular o fluxo de corrente.

O Termo Choke ou Choque vem do inglês choking ou seja bloquear, quando usado em filtros que eliminam altas frequências. Os Choques são normalmente construidos em pares de forma que a carga imposta a eles tenha os dois polos ligados a cada bobina que estão em série com o circuito, ao contrário dos transformadores que tem a bobina em paralelo com a carga e a fonte.

Já o termo bobina se refere apenas ao fato de um indutor ser um fio enrolado como uma bobina.

Formatos de Indutores

Todos os indutores tem um formato similar, podendo variar na forma do rolamento, seu núcleo e se são do tipo duplo.

Os indutores podem ser enrolados sobre o ar ou si mesmos, são chamados simplesmente de “Indutores de Núcleo de Ar”. Tais indutores não possuem núcleo, ou quando possuem são feitos de materiais que não possuem propriedades magnéticas como o plastico, madeira ou resina, tais nucleos quando usados tem apenas função de dar suporte mecânico.

Há também os indutores que são construidos sobre suporte metálicos como ferro doce, como os usados em transformadores. São pesados e usados para altas tensões.

Já os indutores construídos sobre ferrite são usados para altas frequências, muito comuns em receptores ou transmissores de rádio ou circuitos de alta frequência.

Há indutores que são construidos de forma a terem seu núcleo ajustados, tendo assim suas caracteristicas alteradas conforme o núcleo é inserido na bobina.

Há indutores de ferrite que são construidos também em formato toroidal, são compactos e de excelente estabilidade. Uma das grandes qualidades dos Indutores Toroidal, é o fato de sofrerem menor interferência de outros indutores próximos e também não causarem interferências em outros componentes e linhas de corrente. Sendo chamados de Indutores auto blindados.

Identificando os Valores dos Indutores

Como citado acima os indutores podem ter diversos formatos, mas o que é mais relevante é seu comportamento elétrico, e isso é dado conforme o valor medido em Henries, chamado de indutância, e alguns incluem também um valor paralelo em Ohms já que podem ser construidos sobre resitores, ou oferecer tal caracteristica Ohmica devido ao diametro do fio construido. Porém Indutores possuem também a Reatância Indutiva como os capacitoresPossuem a Reatância Capacitive, e esta Reatância está defasada em 90 graus com relação a fase da corrente alternada aplicada sobre ele. Não iremos entrar em detalhes neste artigo sobre o assunto. Portando iremos cosiderar aqui apenas seu valor medido em Henris e será cosiderado os demais valores como sendo um componente ideal.

Os indutores dificilmente terão valores maiores que 100mH (Cem Milionesimos de Henry) ou menores que 1uH (Um Micro Henry), Porém você irá encontrar multimetros que tem escalas com leituras entre 20H e 2mH e outros até menores.

Obtendo novos valores com associação

Os indutores quanto montados em série ou paralelo possuem seus valores somados ou divididos da mesma forma que resistores.

Construindo seus Próprios Indutores

Em analise das melhores opções para construção.

Iremos considerar aqui primáriamente os indutores de núcleo de Ar, já que é mais fácil de ser construido devido precisar apenas do fio. Em segunda parte iremos sugerir estudos para construção utilizando um núcleo de ferrite.

Para se construir um indutor você precisa ter algumas informações muito importantes em mãos, como por exemplo as medidas fisicas que pretente usar para construir seu indutor.

Tais medidas são:

  • C = Comprimento da Bobina cm
  • D = Diametro da Bobina em cm
  • L = Indutância desejada em Henry

Com estas informações você chegará ao número de voltas (espiras) (n) que deve dar no fio para obter o indutor adequado. Veja que você pode adequar as fórmulas abaixo para obter outros valores, por exemplo considerando que já sábe o número de voltas que deseja usar (pouco sentido), você poderá obter o diametro.

Normalmente se inicia a construção identificando o valor que se deseja, em seguida conforme o tipo de circuito se define o Comprimento e Diâmetro.

O Diâmetro/Sessão do Fio

O Diâmetro do fio não é muito importante para circuitos de alta corrente, mas claro evite usar fios muito grossos ou muito finos, sem um bom motivo para isso, procure usar um fio que apenas seja suficiente para dar sustentação mecânica a bobina, já que esta será de núcleo de ar. Veja bobinas com núcleos de plastico podem usar fios mais finos, a resitência em fios de cobre é bem baixa portanto não irá afetar seu projeto.

Além disso fios de maior seção que venham tornar a bobina mais comprida, irão causar uma redução na indutância, já que o campo magnético gerado por uma seção de espiras irá atingir um menor número de espiras.

O uso de fios de seção retangular podem contribuir com o ajuste do fio e melhorar seu suporte mecânico, porém as fórmulas aqui apresentadas são para fios de seção retangular. Sem considerar que o preço de tais fios é mais elevado, e são dificeis de serem encontrados.

Imagem obtida no site: http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1681-transformadores-de-baixa-tenso

Formato da Bobina

A Bobina deve ser construida em um formato circular, evitando formas ovais e quadradas mesmo que com os cantos arredondados. Fios de senção rentangular podem ser usados para um melhor ajuste mecânico, mantendo assim as voltas bem justas. Porem os calculos aqui apresentados serão para fios de seção circular. Faça seus testes e ajuste a fórmula.

Não usaremos aqui bobinas toroidais apenas bobinas com núcleo de ar em formatos lineares.

O Diâmetro da Bobina

O Diametro da bobina é muito importante, para simplificar procuramos sempre usar um diametro de 0,7cm (um lápis) a 1,2cm (diametro de uma pilha AA). Sendo o ideal 1cm (equivalente a uma pilha AAA).

Veja o exemplo comparativo com Lapis e Pilha não significa que estes serão mantidos como núcleos até mesmo porque sua composição metálica irá interferir drasticamente no campo magnético mudando assim o valor obtido na prática.

É importante observar que aumentando o diâmetro da bobina você terá que dar menos voltas no fio, assim você consegue obter maiores valores para sua indutância, em um menor comprimento.

Com base no Diâmetro ou mesmo o Raio da bobina você irá obter o tamanho da área da circunferência que uma volta de fio terá.

O Comprimento da Bobina

O comprimento da bobina é algo que impacta bastante em seu funcionamento inclusive porque pode sofrer danos no manuseio, e assim alterando seu valor. A Sustentação mecânica neste momento evita que ela sofra deformação em seu diametro e forma circular. Já no comprimento evita que as voltas se afastem uma das outras, e que não seja linear podendo se curvar sobre seu próprio peso, já que é importante para que o campo magnético atinja igualmente todos os fios.

Depois de uma bobina pronta, você pode fazer um ajuste fino, aumentando ou diminuindo o espaçamento entre os fios, porém mantendo todas as espiras no mesmo espaçamento.

O Cálculo

Como já disse acima que o cálculo será feito para bobinas de núcleo de AR, porém com um pequeno ajuste tal calculo poderá ser usado para bobinas de ferrite, mas não irei tratar deste formato inicialmente.

Iremos considerar neste calculo apenas fios de seção circular, já que os fios de seção retangular podem ter densidades diferentes conforme são enrolados, tendo assim uma bobina de maior ou menor comprimento, quando for preciso enrolar os fios bem juntos.

A área da Espira

A bobina é composta por espira e todas devem ter o mesmo diâmetro. Para iniciarmos o calculo é preciso que saibamos qual área cada espira irá ocupar, e a formúla é simples e padrão, basta usar a fórmula de calculo da circunferência.

Assim “S” que representa na formula tal área pode ser calculada com a seguinte fórmula:

O calculo ao lado é o calculo padrão para obter a área da circunferência. Sendo ¶ o valor padrão da constante PI ou seja 3,14 (para simplificar). O calculo pode ser fácilmente ajustado caso se tenha o Diametro ou o Ráio.

Calculando o Número de Espiras

Para uma bobina que tenha apenas um nível de espira, ou seja os fios não serão enrolados sobre camadas, deve usar a formula abaixo.

Finalmente o cálculo, na figura temos uma bobina de comprimento "C", área da espira representado por "S". E o resultado é dado em voltas em "n".

Caso queira saber qual a indutância de uma bobina com base nas medidas físicas a segunda formula deve ser usada.

Fontes

  • http://www.circuitstoday.com/how-to-make-an-air-core-inductor?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://pt.wikipedia.org/wiki/Balastro_(eletricidade)?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Choke_(electronics)?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://pt.wikipedia.org/wiki/Indutor?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/4097-art560?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://www.circuitstoday.com/how-to-make-an-air-core-inductor?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/artigos/49-curiosidades/4151-art572.html?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text
  • http://www.radioamadores.net/indutancias.htm?utm_source=carlosdelfino&utm_medium=online&utm_content=text

Carlos Delfino

Escrito por:

Analista de Redes Windows e Linux, Analista de Desenvolvimento em diversas linguagens, incluindo para Microcontroladores, Consultor, mais de 20 anos de experiência no mercado de TICs

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