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Los inductores se oponen a los cambios de corriente, no a la corriente en sí

Por qué importa en el laboratorio

La mayoría de la gente conoce los inductores por primera vez como una bobina misteriosa que arruina una onda cuadrada o hace que un relé haga clic de forma extraña. Una vez que entiendes que un inductor trata sobre el cambio, esos síntomas dejan de parecer aleatorios. Una bobina en serie con una fuente ralentiza el encendido de la corriente. Una bobina en paralelo con un interruptor puede producir un pico de tensión cuando el interruptor se abre. Ambos comportamientos provienen de una sola relación, y vale la pena tenerla presente cada vez que conectes un motor, un relé o un convertidor reductor.

La regla: la tensión sigue a la velocidad de cambio

En un inductor ideal, la tensión en sus extremos es igual a la inductancia multiplicada por la velocidad de cambio de la corriente que lo atraviesa. En símbolos, v es igual a L por di/dt. La inductancia L se mide en henrios, y un inductor típico de aficionado está en el rango de microhenrios a milihenrios. Si la corriente es constante, di/dt es cero, así que la tensión es cero, aunque la corriente sea grande. El inductor se comporta, en la práctica, como un cortocircuito para la corriente continua estable. Si la corriente está cambiando, el inductor genera la tensión necesaria para oponerse a ese cambio, con una polaridad que intenta mantener la corriente tal como estaba.

Por eso la frase «resiste un cambio en la corriente» es más precisa que «se opone a la corriente». Al inductor no le importa cuánta corriente circula en este momento. Le importa si esa cantidad está aumentando, disminuyendo o manteniéndose estable.

Un ejemplo práctico con números reales

Toma un inductor de 10 mH e incrementa su corriente de 0 a 200 mA en 2 ms. La velocidad de cambio es 0.2 A dividido entre 0.002 s, es decir, 100 A/s. La tensión en la bobina es entonces 0.01 H por 100 A/s, o 1 V. Si después mantienes la corriente en 200 mA, la tensión en la bobina vuelve a cero.

Ahora compara la energía. La energía almacenada es un medio por L por I al cuadrado, así que 0.5 por 0.01 H por 0.2 A al cuadrado da 0.2 mJ. Esa energía debe ir a algún sitio cuando se interrumpe la corriente. Si alimentas la misma bobina a través de una resistencia en serie de 100 ohmios, la corriente sube con una constante de tiempo L entre R, que es 100 microsegundos. En unos cientos de microsegundos la corriente ha alcanzado prácticamente su valor final, y puedes verlo en un osciloscopio.

Cómo apagar una bobina de forma segura

Cuando un interruptor se abre en serie con un inductor, la corriente no puede detenerse al instante, así que la tensión en la bobina sube hasta que algo conduce. Los contactos del interruptor, o el transistor que lo controla, suelen llevarse la peor parte. Este es el origen del pico de retroceso (flyback) que hace fallar a los controladores de relés. La solución es dar a la corriente un camino por el que circular. Un diodo polarizado en inversa en paralelo con la bobina del relé limita el pico a aproximadamente una caída de diodo por encima de la alimentación, y la corriente de la bobina decae a través del diodo y de la resistencia de la bobina.

Los circuitos amortiguadores (snubbers), como una resistencia y un condensador en serie o un supresor de tensión transitoria, hacen un trabajo similar cuando necesitas una caída más rápida o una tensión de limitación más alta. La elección depende de la rapidez con la que necesitas que caiga la corriente y de lo que el controlador puede soportar.

Mantener el modelo realista

La relación ideal v es igual a L di/dt es un buen punto de partida, pero los inductores reales tienen resistencia de devanado, que puede ser de unos pocos ohmios en componentes pequeños y mucho menor en inductores de potencia, y capacitancia parásita que hace que entren en resonancia a alguna frecuencia alta. Por encima de esa frecuencia de autorresonancia, el componente deja de comportarse como un inductor. El material del núcleo también modifica la inductancia efectiva según la corriente y la temperatura, así que el valor nominal es una cifra orientativa, no una constante. Consulta la hoja de datos de tu componente para conocer su corriente nominal y considera las cifras de este artículo como rangos típicos.