¿Qué impide que la tensión de retroceso alcanza un voltaje infinito?

Question

Sabemos que el voltaje a través de un inductor se define por la fórmula:

\$V = L * \frac {di}{dt} \$

Así, en el caso de que el flujo de corriente se interrumpieron de repente (como cuando un contacto mecánico se abre), los picos de voltaje se producen en la vida real.

Sin embargo, este no es siempre el caso: no vemos arcos suceder en pequeñas cargas inductivas. (Por pequeñas cargas inductivas me refiero a un coche de juguete de motor, por ejemplo). Sin embargo, la fórmula dice que el \$ \frac{di}{dt} \$ plazo debe acercarse a infinito cuando los contactos mecánicos se abre, por lo tanto el \$L\$ plazo (que debe ser pequeño en pequeñas cargas inductivas) no debería tener un efecto significativo. Simplemente, debemos ser capaces de ver las chispas cada vez que abra cualquier carga inductiva - independiente de la inductancia.

¿Cuáles son los factores prácticos que detener el voltaje de alcanzar el infinito? ¿El flujo de corriente a disminuir realmente el más lento, o es la fórmula tal vez insuficiente para una "discontinuidad"?

Answer 1

Un verdadero inductor se parece a esto (que se muestra a continuación es un inductor con 4 bobinas) hay una pequeña cantidad (por lo general en el pF-fF) de la capacitancia entre cada bobina. Cada pedazo de alambre también tiene cierta resistencia a asociar con él.

Porque cada bobina en un inductor tiene una resistencia (o de cada sección de cable si se considera una bobina) esto impide que el actual y reduce la tensión. La pequeña cantidad de capacitancia también guardar algunos de la tensión y evitar un cambio instantáneo de la tensión.

Todos estos empaparse de energía que impide que la Fuerza Electro Motriz (FEM) que ha sido almacenada en un inductor de la generación de un infinito de voltaje. Un inductor en realidad puede ser simplificado en un circuito como el de la izquierda de abajo.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Un superconductor de la bobina será capaz de generar mucho más grandes tensiones debido a la mucho más bajas pérdidas debido a los valores parásitos.

Answer 2

Cualquier sistema de almacenamiento de energía (inductor) tiene tamaño cero.

Cualquier cosa de tamaño distinto de cero tiene cero los campos eléctricos, o capacitancia. Uniones de dispositivo son generalmente una fuente grande de capacitancia parásita. Sistemas Flyback utilizan un diodo para transferir energía en un condensador de carga.

En excursión de tensión pico, toda la energía inductiva ha (1) se ha disipado como calor (2) sido irradiado como campo EM (3) estado almacenado en el campo eléctrico de la intencional y las capacitancias parásitas.

Answer 3

La resistencia en serie de gran importancia con el "retroceso" de voltaje debido a la capacitancia de serie de la "interruptor" cuando se abre. Esto constituye un clásico de la serie RLC circuito resonante que tiene propiedades de la ganancia de voltaje por la impedancia de la relación de

\$Q=\dfrac{|X_C|}{R} = \dfrac{|X_L|}{R}=\dfrac{\omega _0 L}{R}\$ en la frecuencia de resonancia \$\omega _0= \dfrac{1}{\sqrt{LC}}\$

Para la situación de contragolpes de los picos de tensión, se puede probar que el \$|V_p| = Q * V_{dc}\$ para el Factor de Calidad, Q (arriba) y el bucle de tensión de alimentación Vcc en algunos frecuencia de resonancia.

Cuando la des-energización de un circuito con un interruptor de contacto a medida que t tiende a 0, V/L=dI/dt, V no ir hasta el infinito debido a esta capacidad parásita.

Ejemplo

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

por ejemplo, Considere un circuito en serie, Vcc=1V, L=1uH, R=1 Ohm , Idc= 1A. ¿Cuál es el interruptor de voltaje de contragolpe, cuando se acaba de abrir, si Csw = 1pF?

1V , 100V, 1kV, 1e6 V o infinito?

Ahora, considere el mismo para un FET con interruptor de 1nF salida de la capacitancia con RdsOn << 1% de R=1. ¿Qué es dV?

p.s. si has aprendido algo, a continuación, comente su respuesta.

La respuesta intuitiva es que el interruptor pasa de un conductor a una pequeña perdida de condensadores que limita la velocidad de respuesta de la tensión y como lo hace el inductor límite de la velocidad de respuesta de la corriente y a su frecuencia de resonancia de la ganancia de voltaje, Q en ω0 es inversamente proporcional a R, por lo más grande de la serie R amortigua el voltaje.

Respuesta \$ V_p= I_{dc} \sqrt{\dfrac{L}{C}} \$ = 1A * √(1uH/1pF)= 1kV

Misc

Se puede comprobar el circuito abierto impedancia como una línea de transmisión "impedancia característica" \$ Zo= \sqrt{\dfrac{L}{C}} \$

Vemos que el voltaje de contragolpe se parece a la Ley de Ohm.\$ V_p = I_{dc}*Z_0\$ La tensión de pico Vp, generados a partir de la interrupción de una corriente inductiva, \$I_{dc}\$.

Answer 4

Sólo consideremos un ejemplo simple de 100 uH y 1 amp fluye. Cuando el contacto en serie con el inductor se abre, puede ser de 5 pF de capacidad parásita izquierda, a través del inductor y que 1 amp crear una patada alta-tensión de la espalda, pero ¿cuánto?

$$I = C\dfrac{dV}{dt}$$

Así que, potencialmente, (ningún retruécano previsto) el voltaje a través de los 5 pF condensador podría aumentar a una tasa de 200 kV/microsegundo. Dado que su puesta en tensión es potencialmente imperceptible en comparación, dentro de unos micro segundos una gran tensión podría desarrollar. Sin embargo, esto es mitigado por la falta de energía almacenada en el inductor: -

$$W = \dfrac{L\cdot I^2}{2}$$

O 5 micro julios. Toda esta energía se cíclicamente de la transferencia para el condensador y podemos equiparar el condensador fórmula de la energía a 5 uJ para darnos la tensión máxima: -

$$W = \dfrac{C\cdot V^2}{2}$$

Esto produce un pico de tensión del condensador 1414 voltios.