Comprender la respuesta transitoria del inductor: energía, corriente y dinámica de voltaje

Los inductores almacenan energía en un campo magnético generado por el flujo de corriente, lo opuesto directo a los capacitores, que almacenan energía en un campo eléctrico creado por voltaje entre dos placas. Este almacenamiento magnético hace que un inductor resista cambios en la corriente, mientras que un capacitor resiste cambios en el voltaje.

Cuando un inductor está inicialmente desenergizado —sin campo magnético y corriente cero— aplicar una fuente de voltaje hace que se comporte como un circuito abierto. Intenta mantener la corriente en cero, por lo que el voltaje completo de la fuente aparece a través de sus terminales.

Con el tiempo, la corriente del inductor sube hacia el valor máximo permitido por el circuito, y el voltaje a través de sus terminales cae correspondientemente. Una vez que el voltaje terminal se acerca a cero (caso ideal), el inductor esencialmente se convierte en un cortocircuito, conduciendo la corriente completa con caída de voltaje insignificante.

Cuando el interruptor se cierra por primera vez, el voltaje del inductor iguala instantáneamente el de la batería, ya que el inductor se comporta como circuito abierto. Con el tiempo, este voltaje decae hacia cero, mientras la corriente trepa hacia su valor de estado estable. El voltaje del inductor se halla restando la caída en la resistencia (I·R) del voltaje de la batería.

En un circuito serie R-L con batería de 15 V y resistencia de 1 Ω, la corriente comienza en 0 A y se acerca asintóticamente a 15 A. La siguiente tabla demuestra el comportamiento dependiente del tiempo con valores reales:

Al igual que en el caso RC, el voltaje del inductor decae asintóticamente a cero mientras la corriente sube asintóticamente a 15 A. Para fines prácticos, el voltaje puede considerarse cero y la corriente efectivamente en su máximo tras unas pocas constantes de tiempo.

Usando SPICE, la respuesta transitoria puede visualizarse más claramente. El siguiente gráfico muestra la rápida caída inicial de voltaje y el correspondiente aumento de corriente, que luego se estabilizan a medida que avanza el tiempo.

Repaso:

• Un inductor completamente desenergizado actúa inicialmente como circuito abierto, luego transiciona a cortocircuito una vez totalmente energizado.
• En un circuito de carga R-L, la corriente del inductor aumenta de cero a su valor final mientras el voltaje disminuye de máximo a cero, con los cambios más rápidos al principio y desacelerándose hacia la asíntota.

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