Indutância Mútua: O que é, Definição e Cálculos

Uma indutância mútua é um efeito que pode ser importante quando as variáveis variáveis estão passando em fios ou bobinas que estão próximas umas das outras e o principal usado em transformadores.

_______________________________________________________________________

Nosso tutorial sobre indutância inclui:

Indutância | Símbolos | Lei de Lenz | Auto indutância | Cálculos de reatância indutiva | Teoria da reatância indutiva | Indutância de fios e bobinas | Indutância Mútua | Transformadores
_______________________________________________________________________

Embora o conceito de auto-indutância seja amplamente falado no projeto de circuitos elétricos e eletrônicos, seu primo denominado indutância mútua é provavelmente um pouco menos amplamente visto.

Como o nome indica, a indutância mútua é um efeito pelo qual as correntes dos sinais em um circuito podem afetar as de um circuito ou circuitos próximos.

Consequentemente, não só a indutância mútua é um efeito que é essencial para a compreensão de componentes como transformadores, motores e geradores, mas também é importante para a compreensão de alguns efeitos dispersos onde os fios próximos podem ser afetados por captadores dispersos e similares.

Para que a indutância mútua proporcione benefícios em um circuito elétrico ou eletrônico, em vez de introduzir efeitos indesejados, é essencial poder entender exatamente o que é e como ocorre.

NOÇÕES BÁSICAS DE INDUTÂNCIA MÚTUA

A indutância mútua ocorre quando o campo magnético associado a um fio ou bobina em um circuito corta o fio ou bobina de um segundo circuito.

Se a corrente no primeiro circuito estiver mudando, então o campo magnético criado pelo primeiro circuito mudará e, por sua vez, isso induzirá uma força eletromotriz, EMF no segundo circuito.

Para acomodar a lei de Lenz, verifica-se que, se qualquer corrente fluir no segundo circuito, ela será realimentada no primeiro circuito, fazendo com que a ação do segundo circuito se oponha à do primeiro.

A indutância de um único fio é relativamente pequena e, para aumentar isso, o fio pode ser inserido na bobina e isso aumenta significativamente o efeito.

Da mesma forma para indutância mútua. Portanto, as pessoas costumam falar sobre a indutância mútua entre duas bobinas. Mas também é necessário lembrar em muitas áreas do projeto de circuitos eletrônicos, e particularmente no projeto de RF, que a indutância mútua também está presente entre fios ou condutores.

Para expandir o conceito de indutância mútua entre duas bobinas, tomemos o exemplo de duas bobinas colocadas muito próximas, de modo que o campo magnético gerado pela primeira se ligue ao da segunda.

DEFINIÇÃO DE INDUTÂNCIA MÚTUA

Como a indutância mútua é um parâmetro tão fundamental dentro de qualquer circuito elétrico ou eletrônico, é necessário definir o que é e entender como isso afeta um circuito.

Definição de indutância mútua:

A indutância mútua é um parâmetro de circuito entre dois circuitos ou bobinas acoplados magneticamente e é o efeito pelo qual o fluxo magnético variável no tempo causado pela mudança de corrente no primeiro circuito faz com que um EMF seja induzido no segundo.

INDUTÂNCIA MÚTUA COM BOBINAS COLOCADAS DE FORMA DIFERENTE

Pode-se ver que uma bobina através da qual a corrente está passando criará um campo magnético. Este campo pode então interagir com outra bobina colocada nas proximidades.

O enrolamento primário – aquele onde a corrente de entrada principal está fluindo, tem um campo magnético configurado ao seu redor. Se houver uma corrente variável no primário, um campo variável será criado e qualquer outro fio ou bobina próximo ficará sob sua influência e um EMF será induzido nele. Mas não para indução entre uma bobina ou fio e outra, a corrente no primário deve estar variando.

Para maximizar a ligação entre as duas bobinas, muitas vezes elas são colocadas uma ao lado da outra e no mesmo eixo. Desta forma, o campo gerado pela corrente que flui na primeira bobina se ligará melhor à segunda bobina.

Aumentar a ligação entre as bobinas aumenta a indutância mútua e isso é importante para muitas aplicações.

Pode-se ver que a ligação de fluxo entre as duas bobinas não é perfeita porque o fluxo da primeira bobina ainda se espalha e não se liga totalmente com a segunda bobina.

Para melhorar consideravelmente a ligação de fluxo entre as duas bobinas, um núcleo ferromagnético pode ser adicionado entre as duas bobinas. Isso garante que praticamente todo o fluxo magnético da primeira bobina se conecte à segunda. Isso melhora consideravelmente a eficiência da montagem – muitas vezes os níveis de eficiência dos transformadores podem exceder 95% ou mais.

Os materiais comuns usados ​​para esses núcleos podem ser ferro macio e um grupo de substâncias chamadas ferritas.

Há também uma variedade de formatos diferentes para transformadores usando núcleos. Cada um tem suas próprias vantagens e desvantagens.

CÁLCULOS E EQUAÇÕES DE INDUTÂNCIA MÚTUA

Ao usar e investigar a indutância mútua, é necessário realizar vários cálculos.

A equação básica liga a taxa de variação da corrente com a indutância mútua e a EMF induzida.

Onde:
E _m é a EMF induzida no secundário em volts
I ₁ é a corrente na bobina 1 em amperes
t é o tempo em segundos

Usando esta equação é possível ver que se a EMF induzida é de um volt e a taxa de variação da corrente é de um amp por segundo, então a indutância mútua é um Henry.

MANEIRAS DE AUMENTAR A INDUTÂNCIA MÚTUA

Vale a pena resumir as maneiras pelas quais a indutância mútua entre duas ou mais bobinas pode ser aumentada. Existem algumas maneiras simples de fazer isso:

• Aumente as voltas em cada bobina: Ao aumentar o número de voltas na bobina, o fluxo magnético pode ser aumentado e isso permitirá que as outras bobinas sejam mais afetadas pelo fluxo magnético. Da mesma forma, se o número de espiras nos outros enrolamentos for aumentado, eles se tornarão mais suscetíveis ao fluxo vinculado.
• Diminuir a separação entre as bobinas: Diminuir a separação entre as bobinas ajuda, pois quanto mais distantes estiverem, menor será o campo magnético da primeira bobina.
• Use um núcleo ferromagnético: O uso de um núcleo ferromagnético no qual todas as bobinas são enroladas aumentará significativamente o fluxo e garantirá que haja mais ligação entre as várias bobinas.

ENTENDENDO A INDUTÂNCIA MÚTUA EM CIRCUITOS REAIS

Quando duas ou mais bobinas são mutuamente acopladas, verifica-se que quando uma corrente variável flui em uma bobina, isso produzirá um fluxo magnético que se ligará às outras bobinas acopladas. Ele também se acoplará à primeira bobina, de modo que haja um nível de indutância mútua para as outras bobinas e autoindutância para a bobina com a corrente variável.

As outras bobinas também exibirão autoindutância e indutância mútua se uma corrente fluir nelas como resultado da corrente na primeira bobina.

Portanto, haverá um EMF auto-induzido e um EMF mutuamente induzido em cada uma das bobinas.

Esses efeitos podem ser explicados usando a lei de indução de Faraday, que afirma que a magnitude da tensão é diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo.

Desta forma, as leis da física permanecem constantes onde quer que os efeitos sejam encontrados.

A indutância mútua é um parâmetro chave para qualquer transformador onde o nível de indutância mútua permite que um EMF seja induzido em um segundo circuito quando a corrente no primeiro circuito muda. Este é um fenômeno muito útil que permite que os transformadores operem, no entanto, a indutância mútua também pode ocorrer entre dois fios e, às vezes, pode resultar em acoplamento indesejado entre circuitos, fornecendo sinais espúrios que não são desejados.

Entender como a indutância mútua ocorre e como ela pode ser processada é muito útil para entender a operação de muitos projetos de circuitos eletrônicos.

________________________________________________________________

Voltar ao menu Conceitos básicos de eletrônica . . .