Entendendo a Resposta Transitória do Indutor: Energia, Corrente e Dinâmica de Tensão

Indutores armazenam energia em um campo magnético gerado pelo fluxo de corrente, o oposto direto de capacitores, que armazenam energia em um campo elétrico criado pela tensão entre duas placas. Este armazenamento magnético faz com que um indutor resista a mudanças na corrente, enquanto um capacitor resiste a mudanças na tensão.

Quando um indutor está inicialmente desenergizado — sem campo magnético e corrente zero — aplicar uma fonte de tensão faz com que ele se comporte como um circuito aberto. Ele tenta manter a corrente em zero, então a tensão total da fonte aparece em seus terminais.

À medida que o tempo avança, a corrente do indutor sobe em direção ao valor máximo permitido pelo circuito, e a tensão em seus terminais cai correspondentemente. Uma vez que a tensão terminal se aproxima de zero (caso ideal), o indutor essencialmente se torna um curto-circuito, conduzindo a corrente total com queda de tensão insignificante.

Quando a chave é fechada pela primeira vez, a tensão do indutor instantaneamente iguala a tensão da bateria, pois o indutor se comporta como um circuito aberto. Com o tempo, esta tensão decai em direção a zero, enquanto a corrente sobe em direção ao seu valor de estado estacionário. A tensão do indutor é encontrada subtraindo a queda de tensão do resistor (I·R) da tensão da bateria.

Em um circuito série R-L com bateria de 15 V e resistor de 1 Ω, a corrente começa em 0 A e assintoticamente se aproxima de 15 A. A tabela a seguir demonstra o comportamento dependente do tempo usando valores reais:

Como no caso RC, a tensão do indutor decai assintoticamente a zero enquanto a corrente sobe assintoticamente a 15 A. Para fins práticos, a tensão pode ser considerada zero e a corrente efetivamente em seu máximo após algumas constantes de tempo.

Usando SPICE, a resposta transitória pode ser visualizada mais claramente. O gráfico a seguir mostra a queda rápida inicial na tensão e a correspondente subida na corrente, que então se estabilizam à medida que o tempo progride.

Revisão:

• Um indutor completamente desenergizado inicialmente atua como um circuito aberto, então transiciona para um curto-circuito uma vez totalmente energizado.
• Em um circuito R-L de carregamento, a corrente do indutor aumenta de zero para seu valor final enquanto a tensão diminui do máximo para zero, com as mudanças mais rápidas ocorrendo primeiro e desacelerando em direção à assíntota.

Planilhas Relacionadas:

• Planilha de Circuitos de Constante de Tempo
• Planilha de Cálculos de Constante de Tempo