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Indutores Resistem a Mudanças na Corrente, Não à Corrente em Si

Por que isso importa na bancada

A maioria das pessoas conhece os indutores primeiro como uma bobina misteriosa que estraga uma onda quadrada ou faz um relé clicar de forma estranha. Quando você entende que um indutor está relacionado à variação, esses sintomas deixam de parecer aleatórios. Uma bobina em série com a alimentação retarda o início da corrente. Uma bobina em paralelo com uma chave pode produzir um pico de tensão quando a chave abre. Os dois comportamentos vêm de uma mesma relação, e vale a pena mantê-la em mente sempre que você montar um motor, um relé ou um conversor buck.

A regra: a tensão acompanha a taxa de variação

Para um indutor ideal, a tensão sobre ele é igual à indutância multiplicada pela taxa de variação da corrente que o atravessa. Em símbolos, v é igual a L vezes di/dt. A indutância L é medida em henries, e um indutor típico de projetos caseiros fica na faixa de microhenry a milihenry. Se a corrente for constante, di/dt é zero, portanto a tensão é zero, mesmo que a corrente seja grande. Para CC constante, o indutor se comporta, na prática, como um curto-circuito. Se a corrente estiver variando, o indutor produz a tensão necessária para se opor a essa variação, com uma polaridade que tende a manter a corrente fluindo como estava.

Por isso, a expressão resiste a uma variação de corrente é mais precisa do que se opõe à corrente. O indutor não se importa com quanta corrente está passando agora. Ele se importa se essa quantidade está aumentando, diminuindo ou mantida estável.

Um exemplo resolvido com números reais

Considere um indutor de 10 mH e faça sua corrente subir de 0 a 200 mA em 2 ms. A taxa de variação é 0,2 A dividido por 0,002 s, o que resulta em 100 A/s. A tensão sobre a bobina é então 0,01 H vezes 100 A/s, ou 1 V. Se você mantiver a corrente em 200 mA depois disso, a tensão sobre a bobina cai de volta a zero.

Agora compare a energia. A energia armazenada é metade de L vezes I ao quadrado, então 0,5 vezes 0,01 H vezes 0,2 A ao quadrado resulta em 0,2 milijoules. Essa energia precisa ir para algum lugar quando a corrente é interrompida. Se você alimentar a mesma bobina por meio de um resistor em série de 100 ohms, a corrente sobe com uma constante de tempo de L sobre R, que é 100 microssegundos. Em algumas centenas de microssegundos, a corrente praticamente atingiu seu valor final, e você pode ver isso em um osciloscópio.

Desligando uma bobina com segurança

Quando uma chave abre em série com um indutor, a corrente não pode parar instantaneamente, então a tensão sobre a bobina sobe até que algo passe a conduzir. Os contatos da chave, ou o transistor que a aciona, costumam sofrer o impacto. Essa é a origem do pico de retorno que faz drivers de relé falharem. A solução é dar à corrente um caminho para circular. Um diodo polarizado reversamente em paralelo com a bobina do relé limita o pico a cerca de uma queda de diodo acima da alimentação, e a corrente da bobina decai através do diodo e da resistência da bobina.

Snubbers, como um resistor e um capacitor em série ou um supressor de transientes de tensão, fazem trabalho semelhante quando você precisa de um decaimento mais rápido ou de uma tensão de grampeamento mais alta. A escolha depende de quão rapidamente você precisa que a corrente caia e do que o driver suporta.

Mantendo o modelo realista

A relação ideal v igual a L di/dt é um bom ponto de partida, mas indutores reais têm resistência de enrolamento, que pode ser de alguns ohms em componentes pequenos e bem menor em indutores de potência, além de capacitância parasita que os faz ressoar em alguma alta frequência. Acima dessa frequência de autorressonância, a peça deixa de se comportar como um indutor. O material do núcleo também altera a indutância efetiva conforme a corrente e a temperatura, então o valor nominal é uma referência, não uma constante. Consulte o datasheet para a corrente nominal da sua peça e trate os números aqui como faixas típicas.