Indutores: energia e limites de corrente

Um indutor é uma bobina usada em circuitos. No esquema elétrico, ele aparece como uma sequência de espiras. A letra de referência mais comum é L, e a grandeza associada ao componente é a indutância.

Não confunda L com o valor do componente: L identifica a grandeza ou o indutor no circuito; o valor vem ao lado, por exemplo, L1 = 4,7 mH.

A unidade de indutância é o henry, cujo símbolo é H. Como um henry costuma ser grande para muitos circuitos, são comuns estes prefixos:

• 1 mH = 0,001 H = 10⁻³ H
• 1 µH = 0,000001 H = 10⁻⁶ H

Atenção aos símbolos: m minúsculo significa mili; µ significa micro. Portanto, 1 mH equivale a 1.000 µH.

Relacione cada elemento à sua descrição.

Quando há corrente em uma bobina, forma-se um campo magnético ao seu redor. É nesse campo que o indutor armazena energia.

A bobina não cria energia: ela recebe energia do circuito enquanto a corrente é estabelecida e a mantém temporariamente associada ao campo magnético.

A indutância descreve como a bobina se opõe a mudanças na corrente. Assim, uma bobina tende a dificultar que a corrente aumente ou diminua de modo abrupto.

Isso não significa que ela bloqueie a corrente. Em uma situação estável de corrente contínua, uma bobina real pode conduzir corrente; seu enrolamento possui uma pequena resistência própria, mas indutância e resistência são propriedades diferentes.

A energia armazenada no campo magnético de um indutor, no modelo em que a indutância L permanece aproximadamente constante, é:

E = L × I² / 2

Use L em henrys (H), I em amperes (A) e obtenha E em joules (J).

A corrente aparece ao quadrado: por isso, uma alteração na corrente pode mudar bastante a energia armazenada.

Uma bobina real tem um enrolamento de fio. Esse fio possui uma pequena resistência elétrica, frequentemente especificada como DCR (DC Resistance, resistência em corrente contínua). Um modelo simples representa a DCR como uma resistência em série com o indutor ideal.

A indutância L está associada à energia no campo magnético. Já a DCR converte parte da energia elétrica em calor quando há corrente. São propriedades diferentes da mesma bobina.

Para uma corrente contínua informada, estime o aquecimento do enrolamento com:

P = I² × R_enrolamento

Use P em watts (W), I em amperes (A) e R em ohms (Ω). A fórmula calcula a potência que está sendo convertida em calor naquele instante de operação contínua.

Uma ficha técnica pode informar uma corrente admissível associada a uma elevação máxima de temperatura. Esse valor só faz sentido junto das condições declaradas, como temperatura ambiente, montagem e elevação de temperatura permitida.

Ele não é uma proteção interna: se a corrente ultrapassar a condição especificada, a bobina não desliga automaticamente. O projetista precisa manter a operação dentro das condições previstas e com margem adequada.

Em muitos indutores com núcleo magnético, a indutância efetiva diminui quando a corrente aumenta muito. Esse comportamento é chamado de saturação do núcleo.

A curva de especificação costuma mostrar indutância no eixo vertical e corrente no eixo horizontal. Ela não mostra a evolução no tempo: cada ponto representa a indutância medida para um determinado valor de corrente.

Antes da saturação, L muda pouco. Ao se aproximar da região de saturação, L passa a cair de modo mais acentuado.

A corrente de saturação aparece frequentemente como Isat, mas seu significado depende do critério da folha de dados. Por exemplo, um fabricante pode informar Isat como a corrente que provoca redução de 20% ou 30% em L.

Portanto, Isat não é um ponto universal em que a bobina necessariamente se danifica nem uma proteção que interrompe a corrente. É uma referência para avaliar quanto a indutância já se alterou sob condições especificadas.

Considere especificações didáticas de duas opções de indutor. O limite térmico é informado para condições determinadas de montagem e elevação de temperatura; ele não atua como fusível.

Para uma corrente contínua pretendida, a opção precisa respeitar os dois critérios e ainda ter a margem definida pelo projeto.

Enquanto uma bobina conduz corrente, há energia armazenada em seu campo magnético. Ao abrir uma chave no circuito, essa energia não desaparece instantaneamente.

A bobina tende a manter a corrente que existia imediatamente antes da abertura. Se o circuito deixa de oferecer um caminho controlado para essa corrente, surge uma tensão transitória nos terminais da bobina e também sobre elementos ligados a ela.

Uma fonte de 5 V ou 12 V pode alimentar uma bobina e, ainda assim, a abertura do circuito produzir uma tensão transitória muito maior que a tensão da fonte.

O limite de corrente da fonte ajuda a restringir a corrente fornecida durante a alimentação. Porém, depois que a corrente já foi estabelecida, a energia que estava no campo magnético pertence ao estado do circuito; ela não é automaticamente absorvida nem anulada pelo limite da fonte.

Caso final: escolher uma bobina para 1,20 A

Uma etapa em corrente contínua precisa de uma bobina com indutância mínima de 80 µH durante a operação em 1,20 A. O projeto pede ainda pelo menos 10% de margem tanto para a corrente de saturação quanto para o limite térmico.

Na tabela, L mínima em 1,20 A é um dado didático fornecido para cada opção. Ele já considera a condição de corrente indicada; portanto, é esse valor que deve ser comparado ao requisito de 80 µH. O fabricante informa Isat no ponto em que a indutância cai 20%.