Acoplamento indutor

No tutorial anterior, começamos com Entendendo um indutor e ele está funcionando, agora é hora de explorar as diferentes combinações de indutores. Em eletrônica, indutores são os componentes mais comumente usados ​​depois dos capacitores e resistores, que são usados ​​em diferentes combinações para diferentes aplicações. Também usamos o indutor para construir detectores de metal e medimos o valor do indutor usando diferentes técnicas, todos os links são fornecidos abaixo:

• Medidor LC usando Arduino: medindo indutância e frequência
• Como medir o valor do indutor ou capacitor usando osciloscópio
• Circuito Detector de Metal Simples
• Arduino Metal Detector

O que são circuitos acoplados?

As combinações de componentes estão juntas para criar circuitos acoplados. O significado de circuito acoplado é que a transferência de energia ocorre de um para outro quando qualquer um dos circuitos é energizado. Os principais componentes do circuito eletrônico são acoplados de forma condutiva ou eletromagnética.

Porém, neste tutorial, serão discutidos o acoplamento eletromagnético e a combinação de indutores, como indutores em série ou combinações paralelas.

Indutância mútua

No artigo anterior, discutimos a auto-indutância de um indutor e seu parâmetro. Durante a operação relacionada à autoindutância, não houve indutância mútua.

Quando a taxa de mudança da corrente ocorre, uma tensão é induzida dentro de uma bobina. Que pode ser mais bem demonstrado usando a fórmula abaixo,

V (t) é a tensão induzida dentro da bobina, i É a corrente que flui através da bobina, e a indutância da bobina é L.

V (t) = L {di (t) / dt}

A condição acima é verdadeira apenas para o elemento de circuito relacionado à autoindutância onde dois terminais estão presentes. Nesse caso, nenhuma indutância mútua é considerada no pedido.

Agora, no mesmo cenário, se duas bobinas estiverem situadas em uma distância próxima, o acoplamento indutivo acontecerá.

Na imagem acima, duas bobinas são mostradas. Essas duas bobinas estão muito próximas uma da outra. Devido à corrente i1 que flui através da bobina L1, o fluxo magnético é induzido, o qual será transferido para a outra bobina L2.

Na imagem acima, o mesmo circuito agora está firmemente envolvido em um material de núcleo para que as bobinas não possam se mover. Como o material é um núcleo magnético, ele possui permeabilidade. As duas bobinas separadas agora são acopladas magneticamente. Agora, curiosamente, se uma das bobinas enfrenta a taxa de mudança de corrente, a outra bobina irá induzir uma tensão que é diretamente proporcional à taxa de mudança de corrente na outra bobina.

Portanto, quando uma fonte de tensão V1 é aplicada na bobina L1, a corrente i1 começará a fluir através da L1. A taxa de mudança da corrente produz um fluxo que flui através do núcleo magnético e produz uma voltagem na bobina L2. A taxa de mudança de corrente em L1 também altera o fluxo, que pode manipular ainda mais a tensão induzida em L2.

A tensão induzida em L2 pode ser calculada na fórmula abaixo

V ₂ = M {di ₁ (t) / dt}

Na equação acima, existe uma entidade desconhecida. Isso é M. Isso ocorre porque as indutâncias mútuas são responsáveis ​​pela tensão induzida mutuamente em dois circuitos independentes. Este M, indutância mútua é o coeficiente de proporcionalidade.

O mesmo para a primeira bobina L1, a tensão mutuamente induzida devido à indutância mútua para a primeira bobina pode ser -

V ₂ = M {di ₂ (t) / dt}

Assim como a indutância, a indutância mútua também é medida em Henry. O valor máximo da indutância mútua pode ser √L ₁ L ₂. Como a indutância induz tensão com a variação da taxa de corrente, a indutância mútua também induz uma tensão, que é denominada tensão mútua M (di / dt). Esta tensão mútua pode ser positiva ou negativa, o que é altamente dependente da construção física da bobina e da direção da corrente.

Convenção DOT

A Convenção Dot é uma ferramenta essencial para determinar a polaridade da tensão induzida mutuamente. Como o nome sugere, a marca de ponto que tem uma forma circular é um símbolo especial que é usado na extremidade de duas bobinas em circuitos mutuamente acoplados. Este ponto também fornece as informações da construção do enrolamento em torno de seu núcleo magnético.

No circuito acima, dois indutores mutuamente acoplados são mostrados. Esses dois indutores têm auto-indutâncias de L1 e L2.

As tensões V1 e V2 são desenvolvidas nos indutores e são o resultado da entrada de corrente nos indutores nos terminais pontilhados. Ao assumir que a indutância mútua desses dois indutores é M, a tensão induzida pode ser calculada usando a fórmula abaixo,

Para o primeiro indutor L1, a tensão induzida será -

V ₁ = L ₁ (di ₁ / dt) ± M (di ₂ / dt)

A mesma fórmula pode ser usada para calcular a tensão induzida do segundo indutor, V ₂ = L ₂ (di ₂ / dt) ± M (di ₁ / dt)

Portanto, o circuito contém dois tipos de voltagem induzida, a voltagem induzida devido à auto-indutância e a voltagem induzida mutuamente devido à indutância mútua. A tensão induzida dependendo da auto-indutância é calculada usando a fórmula V = L (di / dt) que é positiva, mas a tensão induzida mutuamente pode ser negativa ou positiva dependendo da construção do enrolamento, bem como do fluxo de corrente. O uso do ponto é um parâmetro importante para determinar a polaridade dessa tensão induzida mutuamente.

Em um circuito acoplado onde dois terminais pertencem a duas bobinas diferentes e identicamente marcados com pontos, então, para a mesma direção da corrente que é relativa a terminais semelhantes, o fluxo magnético de auto e indução mútua em cada bobina irão se somar.

Coeficiente de acoplamento

O coeficiente de acoplamento do indutor é um parâmetro importante para circuitos acoplados para determinar a quantidade de acoplamento entre as bobinas acopladas indutivamente. O coeficiente de acoplamento é expresso pela letra K.

A fórmula do coeficiente de acoplamento é K = M / √L ₁ + L ₂ onde L1 é a auto-indutância da primeira bobina e L2 é a auto-indutância da segunda bobina.

Dois circuitos acoplados indutivamente são ligados usando o fluxo magnético. Se todo o fluxo de um indutor for acoplado ou ligado, o outro indutor é chamado de acoplamento perfeito. Durante essa situação, o K pode ser expresso como 1, que é a forma abreviada de 100% de acoplamento. O coeficiente de acoplamento será sempre menor que a unidade e o valor máximo do coeficiente de acoplamento pode ser 1 ou 100%.

A indutância mútua é altamente dependente do coeficiente de acoplamento entre os dois circuitos de bobina indutivamente acoplados. Se o coeficiente de acoplamento for maior, então a indutância mútua será maior, por outro lado, se o coeficiente de acoplamento for menor, isso diminuirá muito a indutância mútua no circuito de acoplamento. O coeficiente de acoplamento não pode ser negativo e não depende da direção da corrente no interior das bobinas. O coeficiente de acoplamento depende dos materiais do núcleo. Em materiais de núcleo de ferro ou ferrite, o coeficiente de acoplamento pode ser muito alto, como 0,99 e para o núcleo de ar, pode ser tão baixo quanto 0,4 a 0,8 dependendo do espaço entre as duas bobinas.

Indutor em combinação em série

Indutores podem ser adicionados em série. Existem duas maneiras de conectar indutores em série, usando o Método de Auxílio ou o Método de Oposição.

Na imagem acima, dois tipos de conexões em série são mostrados. Para o primeiro do lado esquerdo, os indutores são conectados em série pelo Método Auxiliar. Neste método, a corrente que flui através dos dois indutores está na mesma direção. À medida que a corrente flui na mesma direção, os fluxos magnéticos de indução própria e mútua acabam se ligando e se somando.

Portanto, a indutância total pode ser calculada usando a fórmula abaixo

L _eq = L ₁ + L ₂ + 2M

Onde, L _eq é a indutância equivalente total e M é a indutância mútua.

Para a imagem certa, a Conexão de Oposição é mostrada. Nesse caso, o fluxo de corrente através dos indutores é na direção oposta. Portanto, a indutância total pode ser calculada usando a fórmula abaixo, L _eq = L ₁ + L ₂ - 2M

Onde, L _eq é a indutância equivalente total e M é a indutância mútua.

Indutores em combinação paralela

Da mesma forma que a combinação de indutores em série, a combinação paralela de dois indutores pode ser de dois tipos, usando o método de auxílio e o método de oposição.

Para o Método de Auxílio, como visto na imagem à esquerda, a convenção de pontos mostra claramente que o fluxo de corrente através dos indutores está na mesma direção. Para calcular a indutância total, a fórmula abaixo pode ser muito útil. Nesse caso, o campo eletromagnético auto-induzido em duas bobinas permite a fem induzida mutuamente.

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

Para o Método de Oposição, os indutores são conectados em paralelo com a direção oposta um do outro. Nesse caso, a indutância mútua cria uma voltagem que se opõe ao EMF auto-induzido. A indutância equivalente do circuito paralelo pode ser calculada usando a fórmula abaixo

L _eq = (L ₁ L ₂ - M ²) / (L ₁ + L ₂ + 2M)

Aplicações de Indutor

Um dos melhores usos de indutores acoplados é na criação de transformadores. Um transformador usa indutores acoplados enrolados em núcleo de ferro ou ferrite. Um transformador ideal tem perda zero e coeficientes de acoplamento de cem por cento. Além do transformador, os indutores acoplados também são usados ​​no conversor sepic ou flyback. Esta é uma excelente escolha para isolar a entrada primária com a saída secundária da fonte de alimentação usando o indutor ou transformadores acoplados.

Além disso, os indutores acoplados também são usados ​​para fazer um circuito único ou duplo sintonizado no circuito de transmissão ou recepção de rádio