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Les inductances résistent aux variations de courant, pas au courant lui-même

Pourquoi c'est important en pratique

La plupart des gens rencontrent d'abord les inductances sous la forme d'une bobine mystérieuse qui déforme un signal carré ou fait claquer un relais de façon étrange. Une fois que vous comprenez qu'une inductance dépend des variations, ces symptômes cessent de paraître aléatoires. Une bobine en série avec une alimentation ralentit la mise en route du courant. Une bobine placée en parallèle sur un interrupteur peut générer un pic de tension à l'ouverture de celui-ci. Ces deux comportements découlent d'une seule relation, et il est utile de la garder en tête chaque fois que vous câblez un moteur, un relais ou un convertisseur abaisseur.

La règle : la tension suit la vitesse de variation

Pour une inductance idéale, la tension à ses bornes est égale à l'inductance multipliée par la vitesse de variation du courant qui la traverse. En formule, v égale L fois di/dt. L'inductance L s'exprime en henrys, et une inductance courante d'amateur se situe généralement entre le microhenry et le millihenry. Si le courant est constant, di/dt est nul, donc la tension est nulle, même si le courant est important. Pour un courant continu stable, l'inductance se comporte en pratique comme un court-circuit. Si le courant varie, l'inductance produit la tension nécessaire pour s'opposer à cette variation, avec une polarité qui tend à maintenir le courant tel qu'il était.

C'est pourquoi l'expression résiste à une variation de courant est plus juste que s'oppose au courant. L'inductance ne se soucie pas de la valeur du courant qui circule à l'instant présent. Elle s'intéresse à savoir si cette valeur augmente, diminue ou reste stable.

Un exemple détaillé avec des valeurs réelles

Prenons une inductance de 10 mH et faisons passer son courant de 0 à 200 mA en 2 ms. La vitesse de variation vaut 0,2 A divisé par 0,002 s, soit 100 A/s. La tension aux bornes de la bobine est alors de 0,01 H multiplié par 100 A/s, soit 1 V. Si le courant reste ensuite à 200 mA, la tension aux bornes de la bobine retombe à zéro.

Comparons maintenant les énergies. L'énergie stockée vaut un demi fois L fois I au carré, soit 0,5 fois 0,01 H fois 0,2 A au carré, ce qui donne 0,2 millijoule. Cette énergie doit se dissiper lorsque le courant est interrompu. Si vous alimentez la même bobine à travers une résistance série de 100 ohms, le courant augmente avec une constante de temps égale à L divisé par R, soit 100 microsecondes. En quelques centaines de microsecondes, le courant a pratiquement atteint sa valeur finale, ce que vous pouvez observer à l'oscilloscope.

Couper une bobine en toute sécurité

Lorsqu'un interrupteur placé en série avec une inductance s'ouvre, le courant ne peut pas s'arrêter instantanément ; la tension aux bornes de la bobine monte donc jusqu'à ce qu'un chemin conducteur apparaisse. Ce sont souvent les contacts de l'interrupteur, ou le transistor qui le commande, qui subissent le choc. C'est l'origine de la surtension de coupure qui fait tomber en panne les circuits de commande de relais. La solution consiste à offrir au courant un chemin de circulation. Une diode polarisée en inverse placée aux bornes de la bobine d'un relais limite la surtension à environ une chute de diode au-dessus de la tension d'alimentation, et le courant de la bobine décroît à travers la diode et la résistance de la bobine.

Les circuits d'amortissement, comme une résistance et un condensateur en série ou un suppresseur de surtension transitoire, remplissent un rôle similaire lorsque vous avez besoin d'une décroissance plus rapide ou d'une tension de limitation plus élevée. Le choix dépend de la rapidité avec laquelle le courant doit diminuer et de ce que le circuit de commande peut supporter.

Garder le modèle réaliste

La relation idéale v égale L di/dt est un bon point de départ, mais les inductances réelles présentent une résistance d'enroulement, qui peut atteindre quelques ohms pour les petits composants et être bien plus faible pour les inductances de puissance, ainsi qu'une capacité parasite qui les fait entrer en résonance à une certaine fréquence élevée. Au-delà de cette fréquence d'auto-résonance, le composant cesse de se comporter comme une inductance. Le matériau du noyau modifie aussi l'inductance effective en fonction du courant et de la température ; une valeur nominale est donc un chiffre indicatif, et non une constante. Consultez la fiche technique de votre composant pour son courant nominal et considérez les valeurs données ici comme des plages typiques.