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Unità 4 - Induttori
Premessa: l'argomento dell'elettromagnetismo e in particolare il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è trattato in maniera più approfondita nella materia Elettronica ed Elettrotecnica.
Si rimanda all'unità 1_2 per la definizione delle principali grandezze magnetiche e le proprietà dei materiali magnetici.
1 Generalità
Un induttore è un componente passivo che consiste in un avvolgimento, realizzato con un filo di rame isolato, avvolto su un supporto per formare una bobina. Il parametro principale di un induttore è la sua induttanza. L'induttore può essere:
- in aria, cioè vuoto all'interno, per ottenere un valore di induttanza costante e minori perdite
- o contenere al suo interno un nucleo di materiale ferromagnetico, per ottenere valori di induttanza più elevati a discapito di perdite crescenti con la frequenza
Quando un induttore è percorso da corrente si genera al suo interno un campo magnetico H a cui è associato un valore di energia potenziale; l'induttore dunque, come il condensatore, è in grado di accumulare energia. A seconda del materiale presente, e in particolare dalla permeabilità magnetica μ del materiale, nello spazio dove è presente il campo magnetico si genera un'induzione magnetica B, che è la vera responsabile di tutti i fenomeni magnetici ed elettromagnetici1). La grandezza magnetica da cui dipende il fenomeno dell'induzione magnetica è il flusso concatenato ed è il flusso del vettore B che attraversa la superficie racchiusa dall'induttore2). Il flusso concatenato con un circuito generato dal circuito stesso quando è attraversato da corrente si può calcolare con:
`phi = L i`
dove L è l'induttanza (o coefficiente di autoinduzione) del circuito, misurata in Henry [H].
La legge di Ohm dell'induttore - un caso particolare della legge generale dell'induzione elettromagnetica (Faraday-Neumann-Lenz) - descrive il fenomeno dell'autoinduzione, cioè tensioni indotte dovute alla variazione del flusso concatenato col circuito generato dal circuito stesso. La legge è:
`v = L (di)/dt`
e afferma che:
- in un induttore si manifesta una tensione autoindotta se la corrente cambia nel tempo (in continua un induttore si comporta da cortocircuito)
- il valore della tensione dipende dall'induttanza e dalla velocità con cui cambia la corrente
- la corrente non può variare a gradino (l'induttanza ostacola le variazioni di corrente e la tensione autoindotta si comporta da forza-contro-elettromotrice)
L'induttore presenta comportamenti simili - ma per fenomeni diversi - a quelli del condensatore; anche in questo caso abbiamo:
- transitori con costanti di tempo (`tau = L/R`) e grandezze che cambiano con legge esponenziale, ma dovuti a variazioni a gradino di corrente
- sfasamento tra tensione e corrente nei circuiti in alternata, ma questa volta con la tensione in anticipo rispetto alla corrente
che verranno trattati nella materia di Elettronica ed Elettrotecnica.
Induttore reale e parametri caratteristici
- circuito equivalente e significato dei parametri (perdite e capacità parassita)
- parametri caratteristici:
- induttanza
- angolo di perdita (e fattore di perdita)
- fattore di merito Q
- frequenza di risonanza
- tolleranza
- coefficiente di temperatura
2 Caratteristiche costruttive degli induttori
3 Schermatura delle bobine
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