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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

  • ancora meno ideale del condensatore
  • con e senza nucleo
  • forme (toroidale → contiene il campo al suo interno)
  • pro e contro degli induttori con nucleo (ferriti)
  • codice a bande colorate (μH)

3 Schermatura delle bobine

Contro interferenze e disturbi da e verso altre apparecchiature. Schermi in bassa ed alta frequenza (figura 7).

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1)
ad esempio per realizzare un'elettrocalamita serve una bobina percorsa da corrente con all'interno un nucleo in ferro
2)
immaginando che il campo magnetico attraversi perpendicolarmente il circuito
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unita_2_4.1460322311.txt.gz · Ultima modifica: 2020/07/03 17:59 (modifica esterna)