Componenti induttivi
(22 352)Rapidi cambiamenti dell'intensità di corrente sono un fenomeno estremamente pericolosi, e possono causare danni al circuito stampato del circuito elettronico. Per proteggerci efficacemente contro le interferenze dovute alla variazione della corrente, vengono utilizzate delle bobina di arresto ad induzione. Pertanto questi componenti sono elementi estremamente importanti dei circuiti elettrotecnici ed elettronici, di cui ogni professionista dovrebbe essere a conoscenza.
Struttura della bobina di arresto
Nonostante la funzione molto importante svolta dalle bobine di arresto, la loro struttura è estremamente semplice. Un filamento di adeguato spessore avvolto a forma di spirale è l'elemento base di questo componente. La soluzione più comune è quello di avvolgere una spirale su un nucleo di materiale ferromagnetico, che presenta forti proprietà magnetiche (vengono comunemente usati materiali come ad es. cobalto, nichel o ferro). Un'altra struttura meno comunemente usata è la bobina di arresto senza nucleo, ossia tra le spire vi è un riempimento d'aria. Lo svantaggio di quest'ultima soluzione, tuttavia, è la necessità di rafforzare correttamente il filamento avvolto, in modo da proteggerlo contro la deformazione, così come una minore induttanza rispetto alle bobine di arresto dotate di nucleo (a parità di spire). L'utilizzo di un nucleo consente inoltre di regolare l'induttanza della bobina di arresto, modificandone la posizione rispetto alle spire circostanti. A seconda delle condizioni operative e dell'applicazione, si distinguono strutture dotate di un circuito magnetico chiuso, le cosiddette bobine di arresto schermate e con circuito magnetico aperto.
La destinazione d'uso e il metodo di installazione costringono all'utilizzo di diversi tipi di elementi passivi con diverse forme e metodi di avvolgimento del filamento. Di seguito vengono presentati i tipi di bobine di arresto più comunemente usate:
- Bobine di arresto SMD;
- Bobine di arresto THT;
- Bobina di arresto di compensazione DMF.
Come funziona la bobina di arresto?
La bobina di arresto previene improvvise variazioni dell'intensità di corrente, grazie al campo magnetico che viene a formarsi attorno al conduttore sotto tensione. Al momento di un brusco cambiamento nell'intensità della corrente elettrica, cambia anche il campo magnetico, che sotto forma di correnti inverse, contrasta il fenomeno indesiderato. La cosiddetta limitazione dell'intensità di corrente è chiamata autoinduzione, ed aumenta proporzionalmente ai cambiamenti che si verificano nella corrente che scorre all'interno del conduttore.
Il parametro più importante della bobina di arresto è la sua induttanza, che definisce la capacità di generare un campo magnetico tale da generare una corrente inversa. Per un'adeguata scelta è necessario tenere conto anche della resistenza della bobina di arresto e della corrente operativa ammissibile. Un altro parametro che descrive le proprietà della bobina è il fattore di merito. Definisce la capacità di limitare i flussi con frequenze che si discostano dalla propria frequenza risonante.
L'unità che definisce l'induttanza della bobina è l'Henry [H]. Questa grandezza definisce che il cambiamento dell'intensità di corrente di 1 ampere in un secondo, induce una tensione di 1 volt.
L'aumento dell'induttanza della bobina può essere influenzato da:
- L'aumento del numero di spire e della loro superficie;
- La scelta di un materiale adatto ad alta permeabilità relativa per la struttura del nucleo;
- La riduzione della sua lunghezza.
Utilizzo delle bobine di arresto e funzione svolta da queste ultime
I dispositivi che in cui vengono utilizzati questi elementi induttivi sono onnipresenti. Pertanto vale la pena essere consapevoli della presenza di questi componenti. Ecco alcuni esempi:
- Sistemi di azionamento dotati di inverter – filtrazione di interferenze dovute alla regolazione della velocità del motore utilizzando un convertitore di frequenza;
- Tutti i tipi di altoparlanti - la bobina di arresto con funzione di filtro anti-interferenza migliora significativamente il valore acustico del suono generato;
- Batterie capacitive - bobina di arresto come elemento protettivo per i condensatori.
La classica bobina e la bobina di arresto: differenze fondamentali
Le bobine di arresto rientrano nel gruppo delle bobine induttive. Per questo motivo viene utilizzato in modo intercambiabile il termine bobina/bobina di arresto. A questo punto, tuttavia, va notato che non tutte le bobine sono bobine di arresto. Questi elementi si distinguono principalmente per il modo in cui vengono utilizzati nell'impianto elettrico. La bobina di arresto non è altro che una bobina il cui compito è prevenire il fenomeno indesiderato della variazione dell'intensità di corrente. L'altra applicazione della bobina (ad es. negli elettromagneti come sorgente di attrazione per gli elementi metallici) comporta l'impossibilità di classificare questo elemento nel gruppo delle bobine di arresto.
Perdita di potenza nelle bobine
Il motivo principale della perdita di potenza nelle bobine è la resistenza del filamento dell'avvolgimento. Questa causa il riscaldamento della bobina e cambia le proprietà magnetiche del nucleo. Ciò è particolarmente pericoloso in caso di elevati valori di corrente, in quanto può causare danni ai componenti elettronici e, di conseguenza, al danneggiamento dell'intero circuito.
Un altro dettaglio importante è la precisione di realizzazione della struttura della bobina. La cura nell'avvolgimento del filo o spazi appropriati tra le spire hanno un impatto fondamentale sulla qualità del campo magnetico generato. La sua dispersione costituisce una perdita misurabile delle prestazioni della bobina di arresto. Vale la pena ricordare che una bobina realizzata in modo errato può generare calore aggiuntivo, che aumenterà il rischio di surriscaldamento del circuito, come descritto in precedenza.
La qualità del nucleo stesso ha anche un grande impatto sulla perdita di potenza. L'esecuzione in modo irregolare di quest'ultimo può portare alla generazione di grandi deviazioni dei parametri effettivi rispetto ai valori nominali.
Bobina di arresto – scelta appropriata
In conclusione, le bobine di arresto vengono utilizzate in dispositivi che richiedono la soppressione di improvvisi cambiamenti della corrente, filtraggio di segnali o protezione contro i sovraccarichi causati da correnti armoniche. A causa dell'applicazione molto ampia e dei parametri caratteristici di ogni bobina, è necessario prestare particolare attenzione quando si sceglie l'elemento appropriato per il circuito. Solo una bobina di arresto con un'adeguata induttanza e progettata per funzionare con una corrente specifica, può soddisfare le esigenze prefissate. Nello scegliere elementi così importanti per il circuito elettronico, non dovremmo effettuare la scelta basandosi esclusivamente su criteri economici. Vale la pena puntare su un assortimento di produttori comprovati, in grado di soddisfare i requisiti di qualità e tale da consentire un funzionamento prolungato e senza problemi.
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