¿Qué es la saturación en un inductor?

Muchas veces he escuchado que "el núcleo no es lo suficientemente grande como para manejar la corriente y alcanzará la saturación". ¿Qué es la saturación y por qué es malo alcanzar la saturación?

inductor inductance saturation

— Skyler
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No siempre es algo malo. Por ejemplo, un magnetómetro fluxgate no funcionaría sin saturación.

— Phil Frost

Además, los reguladores posteriores de amplificadores magnéticos en las fuentes de alimentación conmutadas dependen del control del punto de saturación de un inductor para regular posteriormente el ciclo de trabajo del tren de impulsos, para lograr una buena regulación cruzada en devanados no regulados.

— Adam Lawrence

Las vueltas x actuales son demasiado para el núcleo. 1A con diez vueltas satura tanto como 10A con una vuelta. También debe tener en cuenta la longitud del campo magnético a través del núcleo. Cuanto más larga sea la longitud, menor será la intensidad del campo magnético. H = amperios * vueltas / longitud

— Andy también conocido como

¿Por qué esta pregunta no tiene una respuesta aceptada?

— Daniel Tork

Respuestas:

La respuesta de Rawbrawb no explica el mecanismo real por el cual ocurre la saturación, que es bastante fácil de entender:

Ayuda a comprender primero cómo los materiales generan campos magnéticos. Una manera simple de pensar en esto es que cada átomo es un pequeño circuito de corriente que genera un campo magnético.

Un material magnético tiene un gran número de estos bucles. Estos bucles tienden a alinearse en "dominios magnéticos", que son áreas microscópicas donde todos los bucles están alineados. En un material no magnetizado, las direcciones de los dominios se distribuyen aleatoriamente, por lo que no hay campo magnético neto.

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La aplicación de un campo magnético a un material ferromagnético comenzará a alinear los dominios magnéticos, dando como resultado un campo magnético "inducido" del material. El aumento del campo magnético aplicado aumentará la cantidad de alineación de los dominios magnéticos y, por lo tanto, aumentará el campo magnético inducido. Esto suele ser muy no lineal. En algún momento, el campo magnético aplicado alinea TODOS los dominios, y ya no es posible aumentar el campo magnético del material. Este estado se conoce como "saturación".

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— Skaevola
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Estoy bastante seguro de que quiere decir que los dominios magnéticos son microscópicos. O tienes muy buenos ojos :)

— Phil Frost

Jaja, buena captura

— Skaevola

La imagen es de NdFeB, un imán permanente. En NdFeB, los dominios magnéticos son cada uno del tamaño de un cristal: cada cristal es un dominio magnético. La fotografía es una fotografía de los cristales metálicos en el NdFeB, ya que no existe una forma directa de fotografiar dominios magnéticos. En los imanes blandos, los cristales son mucho más grandes (visibles para el ojo) y, sin imantar, los dominios magnéticos son mucho más pequeños que los cristales. Cuando los imanes blandos se magnifican, los dominios magnéticos alineados crecen hasta el tamaño de los cristales, y los dominios no alineados se reducen

— david

Para comprender esto, primero debe comprender el papel de la permeabilidad en los campos magnéticos. Cuando tiene un material en un campo magnético que tiene mayor permeabilidad, intensifica el campo. Por lo tanto, un dispositivo que tiene un material de alta permeabilidad tendrá mayor inductancia que el mismo dispositivo pero sin el material. Esta es una buena propiedad porque le permite tener componentes de mayor valor en menos volumen.

_{(fuente: material-sys.com )}

A menudo hay un límite en la intensidad del campo magnético que pueden soportar dichos materiales. Los mecanismos de cómo pierden (o disminuyen) su permeabilidad difieren según el material. Pero hay un límite por encima del cual cae la permeabilidad. Es en este punto (Hm, Bm) que se dice que el material está saturado, lo cual es una buena analogía de cómo el agua satura un trapo. Excepto en este caso, el trapo a menudo pierde la capacidad de retener parte del agua que ya ha absorbido, por lo que no es una analogía exacta.

Hay dos peligros principales de esto:

El valor de inductancia o inductancia de enlace no sigue una buena relación, por lo que los parámetros bajo los cuales está diseñado el circuito pueden cambiar (si esta saturación no es intencional). Pero algunos diseños de circuitos dependen de su efecto para cumplir sus funciones.
En algunos materiales, la permeabilidad cae mucho. Lo que eso significa es que las líneas de campo magnético existentes ahora tienen que encontrar un lugar para estar y, como resultado, "salen" del material del núcleo que soporta rápidamente el volumen alrededor del dispositivo. Estas líneas de campo en rápida expansión pueden interferir con otros dispositivos magnéticos y también son una fuente de interferencia electromagnética (EMI).

Los inductores de aire tienen valores de inductancia mucho más bajos, pero tampoco exhiben este efecto de saturación.

— marcador de posición
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