Amortiguador

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Un amortiguador es un dispositivo utilizado para suprimir ("suprimir") un fenómeno como transitorios de voltaje en sistemas eléctricos , transitorios de presión en sistemas de fluidos (causados ​​por ejemplo por golpes de ariete ) o exceso de fuerza o movimiento rápido en sistemas mecánicos .

Los amortiguadores se utilizan con frecuencia en sistemas eléctricos con una carga inductiva donde la interrupción repentina del flujo de corriente conduce a una gran fuerza contraelectromotriz : un aumento de voltaje a través del dispositivo de conmutación de corriente que se opone al cambio de corriente, de acuerdo con la ley de Faraday . Este transitorio puede ser una fuente de interferencia electromagnética (EMI) en otros circuitos. Además, si el voltaje generado a través del dispositivo supera lo que el dispositivo está destinado a tolerar, puede dañarlo o destruirlo. El amortiguador proporciona una ruta de corriente alternativa a corto plazo alrededor del dispositivo de conmutación de corriente para que el elemento inductivo pueda descargarse de manera segura. Los elementos inductivos a menudo son involuntarios y surgen de los bucles de corriente implícitos en circuitos físicos como cables largos y/o tortuosos. Si bien la conmutación de corriente está en todas partes, los amortiguadores generalmente solo serán necesarios donde se conmuta una ruta de corriente principal, como en las fuentes de alimentación . Los amortiguadores también se utilizan a menudo para evitar la formación de arcos eléctricos en los contactos de relés e interruptores , o interferencias eléctricas, o la soldadura de los contactos que pueden ocurrir (véase también supresión de arco ).

Un amortiguador RC simple utiliza una pequeña resistencia (R) en serie con un pequeño condensador (C). ^[1] Esta combinación se puede utilizar para suprimir el aumento rápido de voltaje a través de un tiristor , evitando el encendido erróneo del tiristor; lo hace limitando la tasa de aumento de voltaje ( ) a través del tiristor a un valor que no lo active. Un amortiguador RC diseñado adecuadamente se puede utilizar con cargas de CC o CA. Este tipo de amortiguador se utiliza comúnmente con cargas inductivas como motores eléctricos . El voltaje a través de un condensador no puede cambiar instantáneamente, por lo que una corriente transitoria decreciente fluirá a través de él durante una fracción de segundo, lo que permite que el voltaje a través del interruptor aumente más lentamente cuando se abre el interruptor. La determinación de la clasificación de voltaje puede ser difícil debido a la naturaleza de las formas de onda transitorias , y puede definirse simplemente por la clasificación de potencia de los componentes del amortiguador y la aplicación. Los amortiguadores RC se pueden fabricar de forma discreta y también se construyen como un solo componente (ver también celda Boucherot ).${\displaystyle dV/dt}$

Cuando la corriente que fluye es CC, a menudo se emplea un diodo rectificador simple como amortiguador. ^[2] El diodo amortiguador se conecta en paralelo con una carga inductiva (como una bobina de relé o un motor eléctrico ). El diodo se instala de manera que no conduzca en condiciones normales. Cuando se interrumpe la corriente de conducción externa, la corriente del inductor fluye en su lugar a través del diodo. La energía almacenada del inductor se disipa gradualmente por la caída de tensión del diodo y la resistencia del propio inductor. Una desventaja de utilizar un diodo rectificador simple como amortiguador es que el diodo permite que la corriente continúe fluyendo durante algún tiempo, lo que hace que el inductor permanezca activo durante un poco más de lo deseado. Cuando se utiliza un amortiguador de este tipo en un relé, este efecto puede provocar un retraso significativo en la caída o desconexión del actuador.

El diodo debe entrar inmediatamente en modo de conducción directa cuando se interrumpe la corriente de excitación. La mayoría de los diodos comunes, incluso los diodos de silicio de potencia "lenta" , pueden encenderse muy rápidamente, ^[3] en contraste con su lento tiempo de recuperación inversa . Estos son suficientes para apagar dispositivos electromecánicos como relés y motores.

En casos de alta velocidad, donde la conmutación es más rápida que 10 nanosegundos , como en ciertos reguladores de potencia de conmutación , pueden requerirse diodos "rápidos", "ultrarrápidos" o Schottky. ^[4]

Los diseños más sofisticados utilizan un diodo con una red RC. ^[5]

En algunos circuitos de CC, se utiliza un varistor hecho de óxido metálico económico, llamado varistor de óxido metálico (MOV) .

Pueden ser unipolares o bipolares, como dos diodos Zener de silicio en serie inversa , pero son propensos a desgastarse después de aproximadamente una docena de julios de absorción de energía máxima nominal, como la protección contra rayos, pero son adecuados para energías más bajas.

Actualmente, cuando la resistencia en serie (Rs) es menor, los semiconductores generalmente se denominan supresores de voltaje transitorio (TVS) o dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) .

Se pueden utilizar supresores de tensión transitoria (TVS) en lugar del diodo simple. El diodo de sujeción de bobina hace que el relé se apague más lentamente ( ) y, por lo tanto, aumenta el arco de contacto ^{[ aclaración necesaria ]} si la carga del motor también necesita un amortiguador. El diodo de sujeción funciona bien para detener un motor unidireccional por inercia, pero para los motores bidireccionales, se utiliza un TVS bipolar. ${\displaystyle T=I/D}$

Un TVS de tipo Zener de mayor voltaje puede hacer que el relé se abra más rápido que con un simple diodo rectificador de pinza, ya que R es más alto mientras el voltaje aumenta hasta el nivel de pinza. Un diodo Zener conectado a tierra protegerá contra transitorios positivos que superen el voltaje de ruptura del Zener y protegerá contra transitorios negativos mayores que una caída de voltaje normal del diodo directo.

Los diodos supresores de voltaje transitorio son como rectificadores controlados de silicio (SCR) que se activan por sobrevoltaje y luego se bloquean como los transistores Darlington para lograr una caída de voltaje menor durante un período de tiempo más largo.

En circuitos de CA no se puede utilizar un amortiguador de diodo rectificador; si un amortiguador RC simple no es adecuado, se debe utilizar un diseño de amortiguador bidireccional más complejo.

Los amortiguadores para tuberías y equipos se utilizan para controlar el movimiento durante condiciones anormales como terremotos , viajes de turbinas , cierre de válvulas de seguridad , cierre de válvulas de alivio o cierre de fusibles hidráulicos . Los amortiguadores permiten el movimiento térmico libre de un componente durante condiciones normales, pero restringen el componente en condiciones irregulares. ^[6] Un amortiguador hidráulico permite la deflexión de la tubería en condiciones normales de funcionamiento. Cuando se somete a una carga de impulso , el amortiguador se activa y actúa como una restricción para restringir el movimiento de la tubería. ^[7] Un amortiguador mecánico utiliza medios mecánicos para proporcionar la fuerza de restricción . ^[8]

• Derivación (eléctrica)
• Diodo supresor de voltaje transitorio

• Ott, Henry (1988). Técnicas de reducción de ruido en sistemas electrónicos (2.ª ed.). Wiley. ISBN 978-0471850687.
• Horowitz, Paul; Hill, Winfield (1989). El arte de la electrónica (2.ª ed.). Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-37095-7.

• Diseño de amortiguadores RC: nota de aplicación de NXP