Esse artigo mostra os parâmetros mais importantes para especificar um indutor.
Indutores
Indutores são componentes eletrônicos passivos cuja tensão entre os terminais depende da variação da corrente que passa por ele. As aplicações mais comuns para indutores são filtros, fontes, reatores e circuitos de rádio. Para selecionar o indutor mais apropriado para cada aplicação é necessário levar em conta os seguintes fatores:
- Frequência: define qual o tipo de núcleo deve ser usado. É dada em Hertz (Hz).
- Corrente RMS: define diâmetro do fio necessário. É dada em Ampères (A).
- Corrente de pico: limita o número de espiras e a indutância. É dada em Ampères (A).
- Indutância: define o numero de espiras. É dada em Henrys (H).
Teoria
A indutância L de um indutor descreve numericamente a sua capacidade de gerar tensão em seus terminais de acordo com a variação na corrente que o atravessa.
Equação 1
A unidade para a indutância é o Henry.
Iremos analisar a teoria de funcionamento do indutor analisando uma bobina de N espiras, enrolada sobre um núcleo de ferro de perímetro l, ligada a uma fonte de corrente alternada gerando a corrente I(t).
A corrente alternada I(t) que passa pelas N espiras da bobina irá gerar um campo magnético H no núcleo de acordo com a lei de Ampère.
O núcleo de ferro tem uma permeabilidade magnética μ e uma área A, isso nos permite calcular o campo B e o fluxo magnético Φ.
Equação 2
A lei de Faraday dá a relação entre fluxo magnético e tensão.
Comparando a equação acima com a equação da indutância, verificamos que a indutância desse indutor é:
Equação 3
Como vemos na equação 3, podemos aumentar a indutância usando um núcleo com a permeabilidade magnética μ maior.
A permeabilidade magnética descreve a capacidade de núcleo de intensificar o campo magnético H, gerado por uma corrente, resultando no campo B. Podemos considerar um núcleo magnético como um material ferromagnético constituído por pequenos imãs orientados em direções aleatórias. Quando uma corrente elétrica passa próxima a esse material gerando um campo H, esse imãs começam a se orientar na direção do campo H e o efeito do alinhamento deles é gerar mais campo magnético, o campo magnético B.
Existe um limite para o valor que o campo magnético B pode atingir, o que seria o caso onde os imãs que compõem o material já estariam todos alinhados. Quando o campo magnético no núcleo atinge esse valor dizemos que o núcleo está saturado, e assim um aumento na corrente e no campo H não provoca mais aumento no campo B.
Frequência
A frequência define que tipo de núcleo deve ser usado. Normalmente temos três famílias de materiais usados como núcleo magnético:
- Ferro/Aço laminado: Ideal para aplicações em 50Hz/60Hz. Tem a maior permeabilidade magnética e nível de saturação, mas não é recomendado para aplicações cuja frequência é maior que algumas centenas de Hertz devido às perdas por correntes de Foucault.
- Ferrite: Usado em frequências na ordem de quilohertz ou mais por não sofrer perdas por correntes de Foucault, já que o material não é condutor. Tem a permeabilidade magnética e nível saturação menores que o ferro. A frequência máxima de uso depende do material específico e é definida pelo tempo de resposta do mesmo. Em frequências muito altas o núcleo não consegue mais responder às rápidas mudanças no campo H gerado pela corrente.
- Ar: Em frequências muito altas, onde o núcleo de ferrite já não é mais efetivo, o indutor pode funcionar sem núcleo, ou com “núcleo de ar”. Nesse caso todo o campo magnético é gerado exclusivamente pela corrente que atravessa o indutor. Não há nível de saturação.
Corrente RMS
A corrente RMS (valor quadrático médio – root mean square) que indutor deverá suportar define o diâmetro do fio com o qual o indutor deve ser enrolado. Quanto maior a corrente, mais espesso deve ser o fio para que não haja sobreaquecimento por efeito joule e para que a resistência ôhmica do indutor não seja muito alta.
Corrente de pico
Conforme a equação 2, o valor do campo magnético B é dado em função da corrente. Esse campo terá o seu valor máximo quando a corrente estiver também em seu valor máximo.
Como o valor do campo magnético B tem um limite, dado pela saturação do núcleo, a corrente não pode passar de certo valor máximo sob o risco de saturar o núcleo. Para indutores com núcleo de ar o campo magnético não limita a corrente, já que não há saturação.
Ao saturar o núcleo de ferro ou ferrite, qualquer aumento na corrente não irá aumentar o valor do campo magnético, e assim não haverá tensão gerada. Esse efeito normalmente não é desejado nos indutores, pois ao chegar nesse ponto o componente para de se comportar como um indutor.
A corrente máxima que o indutor deverá suportar irá limitar o número de espiras, que por sua vez irá limitar a indutância.
Indutância
A partir da indutância desejada pode-se calcular o número de espiras necessárias para o indutor. A indutância do indutor que irá quantificar a capacidade de filtragem ou de armazenamento de energia do mesmo.
A relação exata entre indutância e número de espiras varia de acordo com a geometria e núcleo do indutor.
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