Un induttore è un componente passivo a due terminali progettato per accumulare energia nel campo magnetico prodotto dalla corrente. La grandezza che lo caratterizza è l’induttanza L, misurata in henry.
Nel modello ideale, con convenzione passiva, tensione e corrente sono legate da:
L’induttore si oppone alle variazioni di corrente: se la corrente cambia rapidamente, la tensione ai morsetti deve essere grande. A regime in corrente continua, invece, di/dt=0 e l’induttore ideale si comporta come un cortocircuito.
Energia magnetica
L’energia immagazzinata in un induttore lineare percorso da corrente I è:
L’energia è sempre non negativa e cresce con il quadrato della corrente. Quando si apre un circuito induttivo, l’induttore tende a mantenere la corrente e può generare sovratensioni elevate se non esiste un percorso di scarica. Per questo si usano diodi di ricircolo, snubber, varistori o circuiti di clamp nei carichi induttivi.
Relazione con flusso e avvolgimenti
In un avvolgimento, la corrente genera un flusso magnetico concatenato. Nel regime lineare:
dove \Lambda è il flusso concatenato. Il valore di L dipende da numero di spire, geometria, nucleo magnetico, traferro e permeabilità del materiale. Nei nuclei ferromagnetici reali possono comparire saturazione, isteresi e perdite.
Comportamento in alternata
In regime sinusoidale a pulsazione \omega, l’impedenza ideale è:
e la reattanza induttiva è:
La reattanza cresce con la frequenza: un induttore lascia passare facilmente componenti lente o continue, ma ostacola variazioni rapide. Per questo gli induttori sono usati in filtri, convertitori switching, risonatori, trasformatori, soppressione di disturbi e circuiti di accumulo energetico.
Serie, parallelo e accoppiamento
Se gli induttori non sono magneticamente accoppiati, le induttanze si combinano come le resistenze:
Queste formule presuppongono che il flusso prodotto da un avvolgimento non concateni in modo significativo gli altri. Quando gli avvolgimenti sono vicini o condividono un nucleo, entra in gioco l’induttanza mutua e il segno del collegamento dipende dai versi di avvolgimento e dai puntini di fase. In quel caso due induttori fisicamente vicini non possono essere trattati come componenti indipendenti.
Induttori reali
Un induttore reale non è solo un valore L. Possiede resistenza dell’avvolgimento, capacità parassita, perdite nel nucleo, corrente massima, corrente di saturazione, limiti termici e accoppiamenti magnetici con l’ambiente. A frequenze alte la capacità parassita può produrre una risonanza propria oltre la quale il componente non si comporta più come un induttore ideale.
La corrente di saturazione è particolarmente importante nei convertitori di potenza: superata una certa corrente, la permeabilità effettiva del nucleo cala e l’induttanza diminuisce, aumentando ripple, perdite e rischio di sovracorrente.
Nel dimensionamento pratico si controllano almeno valore nominale, tolleranza, corrente RMS, corrente di saturazione, resistenza serie, frequenza di lavoro, materiale del nucleo e temperatura. Un induttore perfetto non dissipa, ma un induttore reale può scaldarsi molto per perdite Joule nell’avvolgimento e perdite magnetiche nel nucleo.
Errori comuni
Il primo errore è dire che l’induttore “blocca la corrente”: in continua ideale la lascia passare; ciò che ostacola sono le variazioni di corrente. Il secondo è far cambiare istantaneamente i_L in un transitorio ideale. Il terzo è ignorare resistenza serie e saturazione nei componenti reali. Il quarto è usare le formule di induttori in serie e parallelo senza controllare il mutuo accoppiamento fra avvolgimenti vicini.
Vedi anche: Induttanza, Flusso concatenato, Induttanza mutua, Transitorio RL, Reattanza, Circuito RLC.