4ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO

(Diseo y Construccin de Bobinas Michelle MalesKevin Gmez

Miguel AguirreResumenEn este artculo se presenta la metodologa de diseo y construccin de bobinas, donde se realizarn pruebas para lograr obtener valores de inductancia determinados, para posteriormente comprobar en una prctica de laboratorio si los valores obtenidos experimentalmente cumplen con los valores que marca el medidor de parmetros.Palabras clave Acoplamiento magntico, inductancia, diseo elctrico, medidor de parmetros RLC. INTRODUCCINUn inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito elctrico que, debido al fenmeno de la autoinduccin, almacena energa en forma de campo magntico.Un inductor est constituido usualmente por una cabeza hueca de una bobina de conductor, tpicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con ncleo de aire o con ncleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magntico), para incrementar su capacidad de magnetismo.

Los inductores pueden tambin estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo proceso utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comnmente, el aluminio como material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos integrados; es mucho ms prctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor. CONSTRUCCION DE BOBINAS

1) Caractersticas de una bobinaEl diseo de inductores se basa en el principio de que un campo magntico variable induce un voltaje en cualquier conductor en ese campo. As, un inductor prctico puede ser sencillamente una bobina de alambre como se muestra en la figura 1.

Figura 1-InductorLa corriente en cada espira de la bobina produce un campo magntico que pasa a travs de las espiras vecinas. Si la corriente a travs de la bobina es constante, el campo magntico es constante y no sucede nada. Sin embargo un cambio en la corriente produce un cambio en el campo magntico. La energa absorbida o liberada del campo magntico cambiante reacciona contra el cambio de la corriente, y esto se presenta como un voltaje inducido, el cual es contrario al cambio de voltaje aplicado. As, el inductor se comporta como una impedancia de la corriente alterna. A esta propiedad de los inductores se le conoce como reactancia inductiva y tiene las unidades de ohm.

Los inductores se fabrican enrollando alambre de varias configuraciones de bobinas. Esto restringe el campo magntico dentro del espacio fsico alrededor del inductor y crea el mayor efecto de inductancia por unidad de volumen del elemento.

2) Factores que afectan la Inductancia.

Los principales factores que determinan la magnitud de la inductancia en una bobina son:

1. El nmero de vueltas de la bobina.

2. La resistencia que produce el bobinado

3. El tipo y forma del material del ncleo (k)4. El dimetro y espaciamiento de las vueltas (M)Los inductores mientras mas vueltas de bobinado tengan ser mucho mayor el campo magntico que produce aumentando el valor de (M) y mejorando el rendimiento de el inductor a diferencia de un inductor con pocas vueltas ser deficiente necesitara mejorar otras caractersticas como el tipo de ncleo para compensar

Figura 2.Factores que afectan la inductancia: nmero de vueltas

Otro factor importante es el diametro de la bobina ya que a un menor diametro crecera el campo magnetico afectando directamente la eficiencia del inductor, a menor diametro se necesitaran menos vueltas de alambre para un buen funcionamiento ya que todo es proporcional

Figura 3 Factores que afectan la inductancia: dimetro.

Otro factor que afecta a la inductancia de una bobina es la longitud de sta. Ya que a menor espaciado entre las espiras producir un mayor campo magntico entre ellas a diferencia de una con las espiras espaciadas.

Figura 4 Factores que afectan la inductancia: longitudEs usual que las espiras de una bobina se enrollen alrededor de ncleos de material ferromagntico porque esto hace que la densidad de flujo magntico dentro de la bobina sea muchsimo mayor que si el ncleo fuera aire (Figura 5). La mayor densidad de flujo permite una aumento en la inductancia de la estructura.

Figura 5 Factores que afectan la inductancia: material del ncleo

Otra forma de aumentar la inductancia de una bobina se relaciona con el nmero de capas. La figura 6 muestra tres inductores con diferente nmero de capas. La bobina A) tiene una inductancia pequea en comparacin con las otras dos debido a que tiene una sola capa. La bobina B) tiene una inductancia mayor que la A) debido a que sus dos capas permiten que el flujo de cada vuelta interacte con un nmero mayor de espiras vecinas. Finalmente, una bobina como la de la figura C) tendra una inductancia mayor, pues tiene tres capas ( que aumenta la interaccin de los diversos campos magnticos) y un ncleo de ferrita (que aumenta la inductancia)

Figura 6 Factores que afectan la inductancia: nmero de capas

3. CALCULO DE LA INDUCTANCIA

La frmula para calcular el valor de la inductancia de una bobina similar a la presentada en la figura 2 es :

Para el caso de un inductor de ncleo de ferrita, el valor de es igual a 1000, mientras que para el inductor con ncleo de aire el valor de este trmino es 1. Se peuden observar los diferentes tipos de bobinas

Para aplicaciones con baja frecuencia, se emplea inductores con altos valores de inductancia (mayores a 5 H). Para el ncleo del inductor se emplea hierro o acero al silicio laminado. Para aplicaciones de alta frecuencia se emplea inductores mucho ms pequeos (de orden de mH y uH) y los materiales que se utilizan para el ncleo son pastillas de hierro en polvo y barras de ferrita.Para hallar en nmero de alambre se toma en cuenta la siguiente relacin:

d: dimetro del alambre (mm)

Luego de hallar el dimetro del alambre se va a la tabla del AWG donde nos indica a que nmero de alambre pertenece, dicho dimetro.4. CONSTRUCCIN INDUCTOR

Un inductor se elabora normalmente como una bobina de material conductor, tpicamente alambre de cobre, envuelto alrededor de un ncleo ya sea de aire o de material ferromagntico o ferrimagntico. Materiales de ncleo con una permeabilidad ms alta que la del aire aumentan el campo magntico y la confinan estrechamente al inductor, lo que aumenta la inductancia. Inductores de baja frecuencia se construyen como transformadores, con ncleos de acero magntico laminado para evitar corrientes de Foucault. Ferritas "blandos" son ampliamente utilizados para ncleos por encima de las frecuencias de audio, ya que no hacen que las grandes prdidas de energa a altas frecuencias que las aleaciones de hierro ordinarias lo hacen. Inductores vienen en muchas formas. La mayora estn construidos como el esmalte de alambre recubierto envuelto alrededor de una bobina de ferrita con cable expuesto en el exterior, mientras que algunos encierran el cable completamente en ferrita y se conocen como "blindado". Algunos inductores tienen un ncleo ajustable, que permite el cambio de la inductancia. Inductores utilizados para bloquear frecuencias muy altas se hacen a veces por encadenar un cilindro de ferrita o perla en un alambre.

Inductores pequeos pueden ser grabadas directamente sobre una placa de circuito impreso por colocar la traza en un patrn espiral. Algunos de tales inductores planares utilizan un ncleo plana.

Inductores de valor pequeos tambin pueden ser construidas en los circuitos integrados utilizando los mismos procesos que se utilizan para fabricar transistores. Interconexin de aluminio se usa tpicamente, dispuestas en un patrn de espiral de la bobina. Sin embargo, las pequeas dimensiones limitan la inductancia, y es mucho ms comn el uso de un circuito llamado "girador" que utiliza unos componentes de condensadores y activa a comportarse de manera similar a un inductor.4. CONCLUSIONES

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito elctrico que almacena energa en forma de campo magntico. Tomando en cuenta el nmero de vueltas, el valor de la inductancia de una bobina es igual al cuadrado del nmero de vueltas de la bobina. La inductancia de una bobina es directamente proporcional al rea transversal de la bobina El espaciamiento entre las espiras de una bobina es inversamente proporcional a la inductancia. A mayor longitud, menor inductancia. La mayor densidad de flujo permite una aumento en la inductancia de la estructura El nmero de capas que tiene una bobina es directamente proporcional al valor de la inductancia. A mayor nmero de capas, mayor inductancia.5. REFERENCIAS

Boylestad - "Anlisis Introductorio de Circuitos" - 8va edicin - Seccin 12.5 (Los tipos de inductores) SIEMENS - "Componentes Electrnicos" - Marcombo - 1987 - Cdigo de Biblioteca Central: 621.381 5/S.19 Vassallo - "Manual de componentes y circuitos pasivos" - Ediciones CEAC - Barcelona - 1981 (Cdigo K241) Vassallo - "Componentes Electrnicos" - Ediciones CEAC - Barcelona - 1987 (Cdigo K99) - Captulo 4