¿Cuál sería la consecuencia de la saturación del inductor?

La siguiente es una sección de un libro donde se habla de desacoplamiento por LRC en terminales de suministro. Destaqué la oración donde no entendía:

Leí que si un inductor tiene un núcleo de hierro, aumenta la corriente después de que un punto satura el flujo magnético. Eso es lo que sé sobre la saturación de un inductor con núcleo de hierro.

¿Pero de qué está hablando este punto culminante? ¿Es eso asumiendo que el inductor tiene un núcleo de hierro? Y lo más importante, ¿qué pasaría si el inductor se satura en ese contexto?

— ataque de pánico
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Cualquier núcleo, excepto el aire / vacío, se saturará en algún momento. Un poco más simplificado, podría decir que su inductancia cae a cero en este punto. Si tiene un componente de CC y CA, debe calcular el pico de la suma de los dos.

— winny

Oh, ¿entonces la inductancia se convierte en cero después del punto de saturación (después de algún valor de CORRIENTE CC)? Ese es el punto del texto, creo que entonces. Gracias

— ataque de pánico el

@panicattack No del todo cero. En cambio, probablemente sea mejor imaginar que las transiciones del núcleo (la saturación generalmente no es un evento repentino) para parecer tener un núcleo de vacío o "aire". (No muy diferente de la idea, y no estoy sugiriendo una realidad aquí, solo un experimento mental, de que el dieléctrico de un condensador aparece gradualmente más como un dieléctrico de vacío o aire a medida que el condensador se carga.)

— jonk

Jonk está en lo correcto. De ahí la simplificación excesiva. Pero no se debe al valor de corriente DC, ¡corriente pico! DC plus pico de la AC.

— winny

Lo que dijo Jonk. No lo he visto en este contexto, pero es bastante evidente cuando haces un boo-boo en un diseño de regulador de conmutación (o amplificador). La corriente del inductor que debería estar aumentando constantemente con el tiempo debido al voltaje aplicado, en cambio, aumentará de manera constante durante un tiempo y luego se disparará. Por lo general, sabe que ha alcanzado este punto de funcionamiento por el fuerte sonido "pop" de los transistores rompiéndose, o el humo, o uno de los muchos otros efectos físicos no estándar que hacen que la electrónica de potencia sea divertida.

— TimWescott

Respuestas:

Una cosa que sucede cuando el núcleo comienza a saturarse es que el valor de inductancia cae, precipitadamente en la saturación. Esto cambiará las características de CA de los filtros. En una aplicación de filtro, obviamente las señales de CA que está intentando bloquear se vuelven menos bloqueadas. Muchas especificaciones para inductores destinados a aplicaciones de filtro proporcionarán inductancia frente a corriente continua. Esta es una función del material central. A todos los efectos prácticos, el aire no puede estar saturado, pero que yo sepa, todos los materiales ferromagnéticos sí pueden estarlo.

— Doug Crowe
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Está mostrando una imagen con una respuesta de frecuencia, pero este tipo de problema ya no puede analizarse así. Un .ACanálisis linealiza el circuito, pero un inductor de saturación es todo lo contrario. Entonces, la única forma de verlo es simulando en el dominio del tiempo. O en el tablero, asegúrese de llevar equipo de protección ...

Aquí hay un intento en LTspice usando el núcleo Chan no lineal, con algunos valores falsos (solo para ejemplificar). La primera imagen muestra cómo .ACse vería un análisis:

Lo que muestra una respuesta agradable y suave, dos polos dóciles. Si cambia a un .TRANanálisis y lo convierte en un barrido de frecuencia (de fmina fmax) con una amplitud lo suficientemente alta (vea vhighy vlow):

Lo cual, nuevamente, parece bastante inocente, pero cuando revisas la corriente a través del inductor, esto es lo que obtienes:

A continuación se muestra la simulación completa, y los tres anteriores muestran detalles en tres secciones alrededor del comienzo, el medio y el final. Puede ver claramente que el principio (tercera fila) y el final (primera fila) tienen distorsiones bajas, pero el medio no solo está distorsionado, sino que también tiene un valor alto. Como dicen @winny y @jonk, en términos simplistas, la inductancia disminuye, por lo tanto, la corriente aumenta, pero en relación con la forma de la onda. Y la transición está relacionada con la histéresis del núcleo. Puede pensar en términos de una tanh()curva: la pendiente alrededor de cero es suave y casi lineal, pero cuando llega a la saturación, el valor a lo largo del eje x (intensidad del campo magnético) aumenta abruptamente con el eje y más leve. (densidad de flujo magnético).

— un ciudadano preocupado
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