Descarga de un inductor

Me parece útil pensar que los condensadores y los inductores sean complementarios.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Componentes ideales e imperfectos.

• Los condensadores almacenan energía en un campo eléctrico. Los inductores almacenan energía en un campo magnético.
• Un condensador retiene energía cuando está abierto. Un inductor retiene energía cuando está en cortocircuito.
• Los condensadores pierden energía a través de la resistencia de fuga paralela. Los inductores pierden energía a través de la resistencia en serie.
• Los condensadores "me gusta" para mantener constante la tensión entre ellos. A los inductores les gusta mantener constante la corriente a través de ellos.
• Cuando un condensador está en cortocircuito, la corriente resultante es muy alta. Cuando un inductor está en circuito abierto, el voltaje resultante es muy alto.

  

... cuando se desconecta un inductor, el campo magnético comienza a colapsar provocando un voltaje muy alto, ¿este voltaje descompone los transistores utilizados en la conmutación del circuito de carga al circuito de descarga?

Sí, pero hay una solución simple:

Figura2.UnsimpleconversorBuck.Fuente: All About Circuits .

En la Figura 2 S es el interruptor de transistor similar al que se menciona en su pregunta. Cuando se cambia, el inductor tiende a mantener la corriente en la dirección de I . Ya que el lado derecho de L está "sujeto" por C y la corriente es continuar, entonces el lado izquierdo de L se pone negativo para intentar mantener la corriente. Cuando el voltaje alcanza -0.7 V D comienza a conducir y mantiene la corriente a través de L manteniéndola "feliz" y evitando un alto voltaje transitorio.

Verá esta disposición con más frecuencia en diodos de amortiguación en bobinas de relé.

^{simular este circuito}

Figura 3. Un circuito de control de relé típico. Sin D1 la inductancia de la bobina del relé generaría un gran voltaje negativo en el apagado. Esto podría destruir Q1 . El diodo limita la excursión negativa en Q1 colector a -0.7 V.

Desconectar el inductor es lo mismo que poner en cortocircuito un condensador en la forma en que son similares.

Un inductor perfecto, si estuviera en corto, almacenaría energía. Pero esto solo es posible para superconductores. En realidad las pérdidas en la resistencia del alambre desperdician la energía bastante rápidamente.

Pero no al instante. De hecho, al cambiar las fuentes de alimentación, esto es exactamente lo que hace el inductor: se carga desde la fuente y se descarga a la carga. Solo lo suficientemente rápido para que las pérdidas sean pequeñas (y por varias otras razones)

El almacenamiento de energía inductivo superconductor se ha utilizado comercialmente en cierta medida, por lo que puede considerarse "prácticamente posible". Parece que probablemente necesitan ser de la escala de megavatios hora o decenas de megavatios hora para ser prácticos. Incluso a esa escala, la viabilidad comercial es cuestionable. Para obtener información adicional, consulte el Almacenamiento de energía magnético superconductor y las referencias citadas allí.

Consideremos almacenar energía tanto en un condensador como en un inductor.

Para un capacitor, lo cargamos a un cierto voltaje almacenando una carga entre sus placas y podemos mostrar fácilmente \ $ E = \ frac {1} {2} C \ cdot V ^ 2 \ $. en principio, si podemos sacar un condensador cargado de un circuito y ponerlo en otro, podemos usar esta Energía en otro circuito o en el mismo circuito más adelante. Un uso común para esto es detectar cuándo falla la alimentación y usarlo para almacenar las últimas configuraciones y garantizar un cierre limpio de los productos con microprocesadores en ellos. Sin embargo, no podemos almacenar energía en un condensador para siempre, ya que los condensadores reales tienen fugas y eventualmente se auto descargan.

Para un inductor almacenamos energía en un campo magnético y podemos mostrar fácilmente \ $ E = \ frac {1} {2} L \ cdot I ^ 2 \ $ Para almacenar esta energía cargada, necesitamos mantener la La corriente fluye, por lo que es necesario colocar un cortocircuito en el inductor. Debido a que los inductores reales tienen resistencia, esto los hace menos útiles que los condensadores para almacenar energía a largo plazo, ya que tienden a ser grandes y pierden esta energía con relativa rapidez. Sin embargo, los inductores se utilizan para almacenar energía en varios circuitos. Un ejemplo obvio es una fuente de alimentación de modo conmutado tipo buck

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

En este circuito aplicamos una tensión positiva en V1 mayor que la salida. Esto hace que la corriente en el inductor aumente, aumentando gradualmente. Cuando V1 desaparece o pasa a ser negativa, la corriente continúa fluyendo en D2 y disminuye gradualmente. El inductor está continuamente almacenando y liberando energía para proporcionar un voltaje de salida de CC.

Sí, los inductores se pueden utilizar para almacenar energía. Esa es la base de muchas fuentes de alimentación de conmutación, solo para mencionar un ejemplo.

Sin embargo, el problema con el almacenamiento de energía en un inductor es que la corriente debe mantenerse circulando. Nuestra tecnología actual hace que sea bastante deficiente para el almacenamiento a largo plazo. La resistencia inevitable de cualquier conductor que se use para hacer que el inductor disipe la energía con bastante rapidez.

Ha habido cosas como inductores que usan superconductores. Esos pueden almacenar energía "a largo plazo", pero es difícil y costoso hacerlo con nuestro estado actual de tecnología.