Picchi di tensione nell'induttore poco chiari

[Rochira35]

Salve, scrivo perché sto ripassando più a fondo gli induttori rispetto a come li ho studiati a scuola (se si può dire che me li hanno fatti studiare...).
Ho studiato il transitorio di magnetizzazione e smagnetizzazione in continua e sto facendo alcune simulazioni su Multisim. Vorrei capire perché quando apro l'interruttore (tra generatore e induttore) noto sul grafico dell'oscilloscopio un picco di tensione che si "estingue" nel giro di pochi microsecondi. Ora vi pongo qualche domanda:

1) Se "apro" il circuito si verifica questo sbalzo di tensione. Se invece (tramite degli interruttori) scollego il generatore e lo cortocircuito (lasciando resistore e induttore in serie) noto che avviene la smagnetizzazione "tipica" dell'induttore. perché c'è questa differenza tra smagnetizzazione a circuito aperto e smagnetizzazione a circuito chiuso con resistore in serie? La mia teoria è che a circuito aperto l'energia accumulata non sa dove "fuggire" e quindi produce una tensione. E' giusta questa teoria o il motivo è un altro?

2) In ogni caso questa tensione come fa a scaricarsi così rapidamente (guardate l'immagine in allegato)? Il circuito è aperto quindi la tensione attraverso cosa si scarica?

3) Come mai questo picco di tensione è sia positivo che negativo? (guardare sempre l'immagine) Non dovrebbe essere solo negativo? Il diodo che solitamente si mette in antiparallelo alle bobine può annullare solo quella negativa, no? Sono extraconfuso, potete chiarirmi le idee? (Anche se penso che in realtà ci sia qualche problema nella simulazione).

4) Come mai la tensione raggiunge 36000KV sia positivi che negativi? Una tensione così alta non dovrebbe danneggiare anche il migliore dei diodi?

Ho notato che questo picco di tensione si verifica anche se l'induttore è stato smagnetizzato tramite il resistore. Com'è possibile? E' un'evidente problema di simulazione?
Allego anche lo schema fatto con multisim. (quando dico interruttore aperto intendo l'interruttore S1, quando dico di scollegare il generatore e collegare il resistore in serie, intendo che vengono azionati gli interruttori interruttori S2 e S3 contemporaneamente)

Vi prego aiutatemi, non riesco a trovare niente di chiaro online anche perché l'induttore rispetto ad altri componenti elettronici sembra "morto". E' tutto un mistero, sono pochissime le informazioni specifiche.
Se conoscete qualche sito o qualche video che fa vedere una dimostrazione pratica dei transitori e di tutti i fenomeni induttivi "fisicamente" (intendo con il circuito montato su breadboard con oscilloscopio ecc.. e non tramite simulazione) potete linkarmelo gentilmente?

Spero di essere stato chiaro, vi ringrazio in anticipo per tutto l'aiuto.

[IsidoroKZ]

Come dice la mia firma, per capire che cosa dice una simulazione bisogna sapere piu` elettronica del simulatore

1) Direi che la teoria che hai detto stia abbastanza in piedi. Puoi anche vederla in questo modo, pensando a un equivalente meccanico. La corrente in una induttanza ha una inerzia: quando applichi tensione non sale di colpo come in una resistenza, sale pian pianino, ma una volta "lanciata" l'induttanza fa di tutto per farla continuare a scorrere. Se nella L scorreva 1A e la chiudi in scarica su una resistenza da 100 ohm, la tensione iniziale sulla resistenza sara` di 100V perche' la corrente rimane inizialmente la stessa. Per fare si` che la corrente continui a scorrere l'unica possibilita` e` di alzare la tensione ai suoi capi cercando una via di fuga.

Di mano in mano che la corrente spinta dall'induttanza scorre, l'induttanza perde energia e quindi spinge di meno, la corrente diminuisce.

2) La corrente si riduce cosi` in fretta perche' se la tensione ai capi della L diventa molto elevata, e inizialmente c'e` la stessa corrente, l'induttanza sta erogando tanta potenza, e quindi si scarica piu` in fretta.
Detto diversamente, una proprieta` della induttanza e` che "memorizza" la tensione applicata moltiplicata per il tempo per cui la applichi (moltiplicata se la tensione e` costante, integrata se e` variabile). In pratica l'induttanza immagazzina dei volt per secondi (flusso). Quando la scarichi hai lo stesso flusso da scaricare, se metti una tensione bassa si scarica piu` adagio e ci mette piu` tempo, se lasci che la tensione sia elevata, per fare gli stessi volt per secondo usati per caricarla ci vuole molto meno tempo.

Detto ancora diversamente, la corrente in una induttanza varia come V/L dove V e` la tensione applicata all'induttanza. Se nel tuo esempio applichi 12V a una induttanza di 12H, la corrente sale di 1A/s. Se la carichi per 1s la corrente arriva a 1A.
Se dopo 1s la scarichi con una tensione di -6V, la corrente scende a -6V/12H=-0.5A/s e visto che la corrente inizia dallo stesso valore che aveva alla fine della carica, la scarica dura 1A/(0.5A/s)=2s (ho barato con il segno meno ma non ti preoccupare). Se al posto di scaricare a -6V scarichi a -6kV (costanti), la scarica dura 2ms.

3) Per vedere che cosa capita devi zoomare il picco di tensione per vedere come e` fatto. Il risultato e` probabilmente dovuto a un problema di simulazione, perche' stai usando componenti ideali, senza capacita` e resistenze parassite, e stai anche facendo un circuito degenere, che non puo` esistere, cercando di fare passare corrente in un circuito aperto. Nella realta` hai delle capacita` parassite che assorbono l'energia rilasciata dall'induttanza e delle resistenza parassite che la dissipano. Questo e` un problema di modello.

4) Il valore che trovi e` un artefatto della simulazione dovuto a modelli non realistici dei vari componenti e a situazioni impossibili. Gli ultimi due punti sono una dimostrazione di quanto dicevo all'inizio.

Per le equazioni differenziali che descrivono il comportamento di una induttanza... la prossima volta

[Rochira35]

Ok grazie mille, ho capito un po' di cose. Ma quindi in definitiva qual è il comportamento che bisogna aspettarsi da un induttore reale se il circuito viene aperto di botto (senza quindi dare la possibilità all'induttore di smagnetizzarsi)? E poi non ho capito se il diodo che si mette in antiparallelo alle bobine, serve solo per eliminare il normale transitorio di smagnetizzazione oppure se serve per proteggere il resto del circuito da un EVENTUALE picco di tensione che potrebbe raramente nascere.

[IsidoroKZ]

Se apri il circuito di un induttore che sta conducendo corrente (=che ha energia immagazzinata), hai sicuramente una extratensione, il cui valore dipende da tutti i parametri parassiti del circuito, incluso da come e` fatto (o simulato) l'interruttore.

Il diodo che si mette in parallelo alle bobine per l'apertura del circuito serve per fornire un percorso alla corrente della bobina mentre si scarica. O detto diversamente, serve per bloccare l'extratensione che SICURAMENTE sarebbe presente, danneggiando l'interruttore che si e` appena aperto. Se e` un transistore l'extratensione puo` romperlo, se e` un contatto meccanico si possono avere scintille che rovinano i contatti.

Mettere un diodo in parallelo all'induttanza limita la tensione di scarica, e quindi, per quanto detto prima, rende la scarica molto piu` lenta. La cosa potrebbe non andare bene in un rele`, che rilasciando l'ancora piu` lentamente puo` causare una sfiammata piu` lunga sui contatti, accorciandone la vita.

[Rochira35]

Ok, grazie mille. Sei stato abbastanza esaustivo!

[gotthard]

IsidoroKZ è stato già esaustivo, ma colgo l'occasione per linkarti questo thread, ma soprattutto questo bell'articolo di admin

Inoltre, se vuoi, c'è un intero capitolo che tratta questo argomento sul libro: "Circuit Analysis: Theory and Practice, Allan H. Robbins, Wilhelm C. Miller".