INDUTOR

O indutor é um dos componentes elétrico/eletrônico mais simples de se confeccionar, porém com função não menos importante. É constituído por um fio, geralmente cobre, enrolado helicoidalmente numa forma com uma geometria que pode ser circular, quadrada, elíptica etc. e como o capacitor, o indutor tem sua indutância em função da sua geometria. A unidade de medida da indutância é o henry. Também temos osubmultiplos, onde os mais comuns são o milihenry, microhenry e o nanohenry.

Características dos Indutores

2. Características dos Indutores

Como nos capacitores, também podemos variar a indutância de um indutor mudando o material que preenche seu núcleo. Assim, podemos ter indutores com núcleo a ar, ferrite ou outro material ferromagnético qualquer.

Cabe ressaltar que quando uma corrente elétrica, de qualquer natureza, circula pelo enrolamento do indutor, esta gera um fluxo magnético no seu interior. Este fluxo magnético pode ser constante ou variável.

Por definição, a indutância de um indutor é dada por:

eq.04-01

Nesta equação, N é o número de espiras do indutor, enquanto Φ é o fluxo magnético em webers e i é a corrente elétrica, em ampère, que circula pelo indutor.

Em análise de circuitos, a tensão no indutor sempre tem uma polaridade oposta à fonte que a gerou, e assim, a tensão média sobre o indutor é:

eq.04-02

Esta equação significa que se não houver variação na corrente elétrica que circula pelo indutor, então a tensão nos seus terminais será igual a ZERO. Esta é uma característica muito importante do indutor e veremos com mais detalhes no item 5.

Associação de Indutores

3. Associação de Indutores

Aqui também temos três tipos de associações de indutores que podemos encontrar em circuitos elétricos. As associações    série,   paralelo   e   mista.

Associação Série de Indutores

3.1. Associação Série

O que caracteriza uma associação série é termos ligado a um nó somente dois componentes. Assim, podemos dizer que se o circuito fosse alimentado por uma fonte de corrente, a corrente que atravessaria o circuito seria a mesma em qualquer indutor do circuito.

Figura 04-1

Na Figura 04-1 vemos uma associação série . Podemos substituir todos os indutores que fazem parte do circuito por um único indutor equivalente. O valor do indutor equivalente é dado pela equação abaixo. Ou seja, é o mesmo caso de resistência em série.

L_eq = L₁ + L₂ + L₃

Evidentemente podemos generalizar para "n" indutores em série, conforme equação abaixo:

eq.04-03

Associação Paralelo de Indutores

3.2. Associação Paralelo

O que caracteriza uma associação paralelo é que todas os indutores estão submetidos a uma mesma diferença de potencial.

Figura 04-2

Na Figura 04-2 vemos uma associação paralela de indutores Podemos substituir todos os indutores que fazem parte do circuito por um único indutor equivalente. Caso tenhamos "n" indutores podemos calcular valor do indutor equivalente pela equação abaixo, ou seja, é o mesmo caso de resistências em paralelo.

Associação Mista de Indutores

3.3. Associação Mista

Figura 04-3

Na associação mista, mostrada na Figura 04-3, como o próprio nome está dizendo, teremos um circuito que contém, tanto associação em paralelo, como em série. Para resolvê-lo, primeiramente encontramos o resultado do paralelo entre L₂ e L₃ e, posteriormente, somamos com o valor de L₁.

Acumulada nos Indutores

4. Energia Acumulada nos Indutores

Assim como capacitores podem armazenar energia no Campo Elétrico que surge quando se aplica uma tensão elétrica entre suas placas, como vimos no capítulo 3, os indutores também podem acumular energia no Campo Magnético gerado pela passagem da corrente elétrica através do seu enrolamento. Essa energia só depende da indutância e da corrente elétrica que circula pelo indutor e podemos calculá-la utilizando a equação abaixo.

eq.  04-05

Comportamento do Indutor em Corrente Contínua - Transientes

5. Comportamento do Indutor em Corrente

Contínua - Transientes

Neste ítem, veremos qual o comportamento de um indutor em relação à corrente contínua (CC) ou direct current (DC). Consideraremos que no indutor, inicialmente, não circula corrente elétrica em seu enrolamento, portanto, possui energia inicial igual a zero. Quando não for este o caso, explicitaremos a condição inicial.

Abaixo, está descrita uma das propriedades fundamentais de um indutor.

Baseado na propriedade acima, o indutor assume características especiais quando submetido a variações de corrente elétrica em seus terminais. Normalmente, usa-se um resistor em série com o indutor para limitar a corrente elétrica que circula por ele.. Assim, quando o indutor é submetido, bruscamente, a uma variação de tensão elétrica, ele comporta-se como um circuito aberto. Na Figura 04-4 podemos ver um circuito clássico para estudar o comportamento do indutor.

Figura 04-4

Neste circuito, temos uma chave S, que permite ligar e desligar a fonte de tensão que alimenta o circuito. Ao ser fechada aplica uma tensão elétrica proveniente da fonte de tensão V, no circuito formado pelo resistor em série com o indutor. Na literatura técnica, representa-se o instante de fechamento da chave S, como o tempo igual a t = 0⁺.

A velocidade com que circula corrente elétrica no indutor , depende dos valores da indutância do indutor e da resistência elétrica do resistor que encontra-se em série com o indutor. Os valores destes dois componentes determinam a chamada constante de tempo do circuito e é representada pela letra grega τ (tau). Então podemos escrever que:

τ = L /R

Figura 04-5

Ao aplicarmos, bruscamente, uma tensão elétrica sobre o indutor, sua indutância não permite que ocorra uma variação instantânea da corrente elétrica no circuito. Portanto, se não há corrente circulando pelo circuito, toda a tensão da fonte estará sobre o indutor. Então, V_L = V.

Quando o circuito começa a conduzir corrente elétrica, esta cresce rapidamente no início da condução e atinge o valor final de i = V / R de uma forma exponencial. A Figura 04-5 mostra graficamente esse comportamento do circuito. E isso está intimamente relacionado com a equação abaixo.

eq.04-06

Atente para o fato que quando o tempo cresce, a corrente no circuito tende para o valor final i_L = V/R. E, aproximadamente, após cinco constantes de tempo, podemos dizer que o circuito atingiu o regime permanente. A partir desse momento, toda a tensão da fonte estará sobre o resistor e, naturalmente, a tensão sobre o indutor será zero. Isto devido ao fato que a corrente torna-se constante, ou seja, não varia com relação ao tempo, e como dito anteriormente, a tensão sobre o indutor é nula. Então, para cálculos em circuitos elétricos, devemos considerar o indutor como um curto-circuito quando em regime permanente. Podemos calcular a tensão sobre o indutor a qualquer momento usando a equação abaixo.

eq.04-07

Esta foi uma breve abordagem sobre o comportamento de um indutor quando este está em um circuito que utiliza somente corrente contínua. Em breve abordaremos com mais profundidade esse problema recorrendo a solução de equações diferenciais, bem como demonstrar de onde surgiram as equações acima.