Escenarios donde Inductor back EMF podría causar daños en el circuito o componente

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Digamos que hay un circuito simple con los siguientes componentes (ignorar valores):

  • IZQUIERDA: una fuente de alimentación simple (suponga DC)
  • TOP: carga (resistencia) e inductor
  • DERECHA: cambiar
  • INFERIOR: carga (resistencia)

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Me he encontrado con numerosas fuentes que indican que si el INTERRUPTOR se mueve repentinamente de una posición CERRADA a una posición ABIERTA, el circuito y sus componentes pueden verse comprometidos si no están protegidos:

  • Cuando se abre el interruptor, la corriente en todo el circuito bajará a cero muy rápidamente (suponga instantáneamente), lo que dará como resultado un CEM posterior
  • El voltaje EMF de retorno resultante de acuerdo con la fórmula de inductancia será muy alto, ya que el cambio en el tiempo será muy pequeño
  • La alta tensión producida por este respaldo EMF tiene el potencial de dañar el circuito y sus componentes

A continuación hay algunas suposiciones que sostengo, por favor avise si alguna de ellas es incorrecta o está incompleta:

  1. Cuando el interruptor está cerrado y ha alcanzado un estado estable, una corriente pasará por el circuito de acuerdo con la ley de Ohm (V = IR) o en algún lugar cerca de allí.
  2. Cuando el interruptor está cerrado y ha alcanzado un estado estable, la corriente que pasa a través de cada cable en el circuito principal es uniforme (es decir, el cable antes y después de que la fuente de alimentación pase a través de la misma corriente).
  3. La corriente es el factor principal que controla si el cable en el circuito está dañado o no.
  4. Cuando se abre el interruptor, la resistencia a través del circuito abierto permanece igual que cuando se cerró el interruptor, por lo tanto, la corriente generada por la EMF inversa a través del circuito es inversamente proporcional a la tensión generada por la EMF posterior (Ohm's Ley).
  5. Dado que la corriente que pasa a través del circuito abierto es igual o inferior a la corriente que pasa a través del circuito cerrado (inductancia en un corto período de tiempo), los cables y sus componentes deben poder soportar el EMF posterior sin ningún daño ( los componentes sensibles a la tensión, como transistores, diodos, etc.).

¿Qué escenarios darían lugar a que la EMF anterior dañe el circuito y / o sus componentes y qué soluciones podrían adoptarse para mitigar el problema?

    
pregunta Drop Bear Dan

2 respuestas

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En cuanto a sus muchas preguntas,

# 1 y 2 son correctos.

# 3 puede o no ser cierto.

# 4 No estoy seguro de lo que está tratando de decir, pero la corriente después de que se abra el interruptor será idealmente la misma que antes de que se abriera. Eso es una paradoja con un interruptor ideal y un circuito L-R ideal (el voltaje debería haber ido hasta el infinito para mantener la corriente a través de un interruptor abierto), pero los circuitos reales no son ideales.

Puede ayudar si visualiza una resistencia de alto valor, un condensador o una chispa a través del interruptor. En una situación real, algo limitará el voltaje, ya sea que se rompa el interruptor o el cableado, habrá alguna resistencia o capacitancia que limitará el voltaje. En el caso de capacitancia provocará timbre.

# 5 Esto no es necesariamente cierto. La energía (previamente almacenada en la inductancia) puede causar daños incluso si la corriente no fuera un problema. Por ejemplo, cuando se abre un interruptor mecánico, la alta tensión resultante cercana a la corriente anterior provoca la formación de arco y erosiona los contactos. Por supuesto, la energía es \ $ L \ cdot I_0 ^ 2/2 \ $ donde \ $ I_0 \ $ es la corriente que fluye justo antes de que se abra el interruptor.

Dado que generalmente el interruptor es un semiconductor en los circuitos modernos, gran parte de la energía será absorbida por el semiconductor. Algunos pueden ser absorbidos por resistencias externas (por ejemplo, una bobina de relé con un diodo de retorno a través de ella depende principalmente de la resistencia de la bobina para absorber la energía).

Por lo general, algo a lo largo del interruptor es lo que se requiere para limitar el voltaje y mitigar cualquier problema. Un amortiguador R-C, un varistor de óxido de metal, un tubo de descarga de gas, un Zener, un diodo de polarización inversa, un semiconductor diseñado para avalanchas, una pinza activa, etc. etc.

    
respondido por el Spehro Pefhany
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Todas las respuestas y comentarios aquí son ciertos, pero me gusta agregar una respuesta más corta:

El voltaje a través de un inductor es U = L * dI / dt. (Esta ecuación indica que el voltaje en L es proporcional al cambio en el tiempo de la corriente a través de L).

Si el interruptor estuviera cerrado antes, habría una corriente constante (sin cambio de corriente y, por lo tanto, no habrá tensión en L)

¿Qué pasa si abres el interruptor?

Respuesta: La corriente cambiará instantáneamente a cero, lo que produce un voltaje muy alto a través de L. Este alto voltaje puede dañar su circuito.

    
respondido por el Stefan Wyss

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