¿Qué tan realista es este modelo para un pico inductivo?

Quiero modelar un escenario de la vida real cuando un interruptor mecánico se abre rápidamente al pasar corriente a través de una carga inductiva. A continuación se muestra un modelo y las gráficas correspondientes para el control del interruptor (Vn001), la corriente del interruptor I(S1) y una gráfica para observar el pico de voltaje que ocurre en la terminal del inductor V(vpico). Inicialmente, el interruptor está ENCENDIDO y después de 0,2 segundos, el interruptor se APAGA.

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Configuré la resistencia de encendido a 1 ohmio y la resistencia de apagado a 10 megas. De acuerdo con la teoría, puedo entender por qué la corriente del inductor provoca un pico de voltaje tan grande cuando se abre el interruptor.

Pero en la vida real, no creo que este voltaje loco tenga sentido y sea tan alto.

¿Qué sucede en realidad que nunca vemos como 10 MegaVoltios? ¿O cómo podemos modelar esto para hacerlo más realista?

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Agregar algo de capacitancia para el interruptor resultó en resultados más realistas:

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Respuestas (3)

En el momento en que el interruptor abre su contacto, inmediatamente se forma un arco y se disipa la energía previamente almacenada en el inductor. No obtendrás esto en un sim. También tiene una capacitancia de contacto que disminuye a medida que los contactos se separan más.

Así que eso es más o menos lo que sucede y te dejaré que descubras cómo modelarlo.

Agregué un límite paralelo de 10uF (solo una suposición) al interruptor, ahora los resultados son más realistas. Supongo que en realidad esa capacitancia depende del tiempo y tal vez en serie, no lo sé. Agregué las tramas a mi edición.
¿Cuál es la capacitancia a través de ese interruptor de luz en su pared, cuando los contactos se han separado solo 1 micrón? con tamaños de contacto de 4 mm por 4 mm? C = E0*Er*área/distancia = 9e-12Faradio/metro * 4mm * 4mm / 0.001mm = 9e-12 * 16 = 150 picroFaradio.
@analogsystemsrf Supongo que estimó C1 como 150pF. ¿Debería estar en serie o en paralelo con el interruptor para la acción de conmutación? Agregué como paralelo pero no tengo idea de si es correcto.
@user134429 -- en paralelo (en serie no funcionará)
@ThreePhaseEel Veo pero un límite paralelo de 150pF como C1 en mi segundo modelo produce nuevamente voltajes irrealmente enormes como un voltaje de llamada de -10KV a +10KV. En realidad, esperaría un máximo de unos cientos de voltios. ¿Qué opinas? ¿Estoy perdiendo el tiempo? ¿Es más complicado que lo que estoy tratando de hacer?
@ user134429 la capacitancia es solo la mitad de la historia: el arco es el problema principal que debe resolver y el modelado no es tan fácil, habría pensado.

Hay estándares que recomiendan voltaje pico, tiempo de subida, tiempo de caída y características de timbre para transitorios representativos que el equipo debe soportar en varios lugares y situaciones. ANSI/IEEE C62.41 y C62.45 son las que creo que pueden ser aplicables. C62.41 describe un impulso de timbre de 6 kV con un tiempo de subida de 0,5 microsegundos con el segundo pico de timbre al 60 % de voltaje y un timbre de 100 kHz para el primer ciclo después del impulso inicial. También hay impulsos unidireccionales con tiempos de subida de 1,2 y 8 microsegundos con los voltajes cayendo al 50% de voltaje después de 50 y 20 microsegundos respectivamente. No he visto una versión reciente de ese estándar, pero no creo que haya cambiado drásticamente.

Aquí hay un enlace que puede ser útil. Está desactualizado, pero debería darle una idea de lo que está involucrado. Si busca, debería poder encontrar algo similar que sea más reciente. Si dispone de los recursos necesarios, debe leer las normas referenciadas.

https://www.progress-energy.com/assets/www/docs/business/tvs-lightning-equip-protection.pdf

Aquí hay un enlace a información más reciente:

http://www.exportyellowpages.com/Uploads/CompanyBrochure2/863802ac-7ac9-46db-9128-988a55d3c594.PDF

Pero en la vida real, no creo que este voltaje loco tenga sentido y sea tan alto.

¿Qué sucede en realidad que nunca vemos como 10 MegaVoltios? ¿O cómo podemos modelar esto para hacerlo más realista?

Tienes razón, no es realista. Si fuera realista, sería capaz de generar voltajes increíblemente altos. Los voltajes están limitados por la rapidez con la que los electrones pueden moverse en un cable después de que el campo magnético comienza a impulsarlos cuando se cambia el inductor.

El principal problema es que todos los materiales tienen resistencia parásita e inductancia. Si desea simularlos, debe averiguar cuáles son para su aplicación. Si es una traza de PCB, entonces tiene inductancia y resistencia parásitas, estas se pueden encontrar con calculadoras de trazas de PCB. Si es un cable, puede buscar el calibre del cable y averiguar la inductancia por pie y la resistencia por pie. Entonces, los parásitos de los cables que conectan los componentes son importantes en algunas simulaciones.

Los inductores también tienen inductancia y resistencia parásitas, que generalmente se pueden encontrar en la hoja de datos. La ESR también se puede medir con un ohmímetro para obtener una aproximación de un inductor. En LT Spice, estos son campos que se pueden modificar haciendo clic con el botón derecho en el inductor.

Todo también tiene capacitancia mutua. Cualesquiera dos superficies metálicas tienen capacitancia mutua entre ellas. Los cables de una bobina inductora también tienen una pequeña cantidad de capacitancia entre ellos. A continuación se muestra un ejemplo de modelado de los parásitos del inductor con gran detalle. Una cosa a tener en cuenta es que cuanto más detallado es un modelo, más tiempo llevará simularlo, así que vaya con un modelo más generalizado a menos que sea absolutamente necesario simular los detalles. Los modelos nunca reflejarán lo que realmente está sucediendo en el mundo real, es su trabajo saber la diferencia entre lo que la simulación es capaz de hacer y lo que está haciendo el mundo real.

Fig. 1. Circuito equivalente de HF de inductores de núcleo de aire de solenoide de una sola capa con blindaje.  

Fuente: Capacitancia parásita de inductores de núcleo de aire de solenoide de una sola capa

¿Qué tan realista es este modelo para un pico inductivo?
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