Tranzystor-przepięcia-rozłączanie obwodu z indukcyjnością

Witam

Proszę o pomoc bo zgłupiałem.

Dlaczego podczas wyłącznia prądu tranzystorem w obwodzie gdzie znajduje się indukcyjność prąd po sprowadzeniu do zera zaczyna płynąć w drugą stronę... a dopiero potem ostecznie zostaje wygaszony (z drobnymi oscylacjiami)?
Dlaczego nie mamy natychmiastowego wyłączenia to wiem gdyz cewka nie pozwala na skokową zmianę prądu. Ale dlaczego wykres przechodzi na stronę ujemną?

Z góry dziękuje za odpowiedź.

To czy nastąpi plus (tak też może być) czy minus zależy od kierunku prądu w momencie wyłączania cewki. Bo jak sam piszesz cewka nie pozwala na skokową zmianę prądu i prąd jaki ma ta cewka wymusza na obwodach zewnętrznych w stosunku do cewki jakieś napięcie.

Oscylacje też nie zawsze powstają, a to też zależy w jakim obwodzie mamy ten prąd cewki

No tak ale mi chodzi na jakiej podstawie prąd nagle zawraca:

Jest jakieś bardzo madre prawo elektrotechniczne (nie pamiętam autora). Proponuje poczytać podstawowe prawa.

Reguła Lenza i Prawo Komutacji ...
... a Stany Nieustalone to najciekawsza część Kursu z TOE...

No ale moment.
Z prostego rozumowania wynika że cewka opiera się zmianom prądu. Wytwarza ona własne napięcie które powoduje że prąd dalej jest podtrzymywany. I tak powoli zchodzi do zera. I teraz nie mogę pojąć po co ta cewka zaczyna wytwarzac napięcie odtwotne by wytworzyc prąd płynący w drugą stronę?
Wiem że tak sie dzieje bo m.in. z tego powodu instaluje się w obudowach tranzystorów diody ale nie mogę sobie tego rozumowo wytłumaczyc (na chłopski rozum)

Dodano po 2 [minuty]:

Chociaż... może by to wynikało z naładowania się pojemności które zabezpieczają tranzystor przed przepięciem?
Wtedy napięcie odwrotne pochodziłoby z kondensatora i wymusiło prąd w drugoą stronę.... tyle ze już nie przez tranzystor tylko owy kondensator?
Dobrze prawie?

Zanikające lub narastające pole w rdzeniu cewki powoduje indukowanie odwrotnego napięcia na zaciskach cewki.

$$e=-z\frac{d\Phi}{dt}$$

z - liczba zwojów

$$\frac{d\Phi}{dt}$$ - zmiana strumienia magnetycznego przenikającego cewkę, w czasie

jest też drugi wzór

$$e=L\frac{di}{dt}$$

L - indukcyjność cewki
$$\frac{di}{dt}$$ - prędkość zmian prądu w cewce (przyrost lub spadek)

W stanie ustalonym gdy pole magnetyczne się ustali, prąd w obwodzie jest określony tylko przez rezystancję cewki.

Oscylacje wskazują na obecnośc pojemności w układzie (montażowe, międzyzwojowe, itd)

Nie sugeruj się tym wykresem tak bardzo. Podczas wyłączania cewki energia która jest w niej zmagazynowana Li² musi zostać gdzieś rozładowana. W wyniku nagłego przerwania obwodu cewki powstają przepięcia, więc napięcie również znacznie się podwyższa, czego nie ma na wykresie. Nie potrafię Ci wyjaśnić jak to jest z tym prądem bo nie wiem, pierwszy raz na oczy widzę taki wykres.

cackoarek napisał:

No ale moment.
Z prostego rozumowania wynika że cewka opiera się zmianom prądu. Wytwarza ona własne napięcie które powoduje że prąd dalej jest podtrzymywany. I tak powoli zchodzi do zera. I teraz nie mogę pojąć po co ta cewka zaczyna wytwarzac napięcie odtwotne by wytworzyc prąd płynący w drugą stronę?

Nic z niczego nie bierze się...
Skoro prąd w cewce "zawrócił" to oznacza nic innego jak ponowne jej ładowanie energią pola magnetycznego a to musi implikować, iż skądś ta energia tam wzięła się (z indukcyjności już nie mogła, bo skoro wartość prądu osiągnęła w cewce zero - to i nie było w niej energii), a wię pozostaje drugi element zachowaczy w obwodzie - kondensator...

cackoarek napisał:

Wiem że tak sie dzieje bo m.in. z tego powodu instaluje się w obudowach tranzystorów diody ale nie mogę sobie tego rozumowo wytłumaczyc (na chłopski rozum)

Diody odwrotnie równoległe dołącza się do indukcyjności wiodących prąd jednokierunkowy, by właśnie zachować ciągłość przepływu prądu - Prawo Komutacji - ponieważ (patrz Reguła Lenza) indukcyjność to takie "koło zamachowe" dla przepływającego przezeń prądu...

A więc dobre jest moje tłumaczenie które dodałem do poprzedniego mojego postu po 2 minutach?

I czy dobrze rozumiem że gdyby nie było obecności owej pojemności to prąd by nie miał warości ujemnej?

cackoarek napisał:

I tak powoli zchodzi do zera. I teraz nie mogę pojąć po co ta cewka zaczyna wytwarzac napięcie odtwotne by wytworzyc prąd płynący w drugą stronę?

Cewka "nie ma" napięcia, cewka ma tylko własny prąd, reszta (czyli to napięcie) jak pisałem zależy od obwodów zewnętrznych.

Jak będziesz miał schemat to będzie jaśniej.

Pojemności to odpowiadają za oscylacje, tworzą z cewką obwód drgań LC.

A napięcia jako takie wynikają ze zmian pola magnetycznego przecinającego zwoje cewki (zanikającego lub narastającego). Zmiany pola indukują w cewce napięcia odwrotne do wymuszenia i tak powstają staqny przejściowe.

No to już zrozumiałem dlaczego prąd osiągnął wartości ujemne (w wyniku oscylacji energii będącej w polu magnetycznym cewki do energii w polu elektrycznym w kondensatrze... i odwrotnie) bo całą resztę rozumiałem.

Dzięki wszystkim.

Bez pojemności tam też się pojawi napięcie ujemne, obecność pojemności odpowiada za falki na przebiegu.

Napięcie ujemne tak... ale czy prąd? Wg. mnie nie.

Prąd zależy od rozkładu napięć w układzie !!!!

NArysuj układ jaki analizujemy

Nie ma tych Cd i Dd. Ale jest C nad tranzystorem o której mówiłem.

Do czego służy dioda montowana juz w obudowach tranzystorów zaznaczona tutaj jako D?

Witaj,

cackoarek napisał:

Nie ma tych Cd i Dd. Ale jest C nad tranzystorem o której mówiłem.

Do czego służy dioda montowana juz w obudowach tranzystorów zaznaczona tutaj jako D?

przyjmijmy stan ustalony taki, kiedy to tranzystor T przewodzi (jest nasycony), a kondesator C (z konieczności) jest pozbawiony energii pola elektrycznego.
W takim przypadku przez indukcyjność L płynie prąd I (wyżnaczony przez parametry źródła prądu stałego E i wartość rezystancji R) i w cewce jest nagromadzona energia Wm pola magnetycznego:
Wm = (L/2)•I².
W chwili rozpoczęcia zatykania tranzystora T rozpoczyna się komutacja (przełączenie) induktora L; ciągłość prądu w induktorze zapewnia dioda Dd, ale jak jej nie ma, to ciągłość prądu zapewnia kondensator C następuje jego ładowanie poprzez induktor L co doprowadza w pewnym momencie do zmiany znaku napięcia na ujemne i powstanie owych drgań harmonicznych.
Ważną rolę pełni tu dioda D która nie pozwala na zmianę znaku napięcia na kondensatorze C (przeładowane), a i co za tym idzie; tłumi (do małej wartości - poniżej wartości napięcia przewodzenia) powstałe drgania oscylacyjne.
I to by było na tyle...

Pozdrawiam

Zgadzam się z tym w 100%. Właśnie na podstawie tych drgań mieliśmy wyznaczyć indukcyjność w obwodzie - przekształcając wzór: $$f=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$ a więc: $$L=\frac{1}{4\pi^2f^2C}$$.

Wszystko już rozumiem Sprawozdanie oddane z 7 stronami wniosków
Czekam na ocenę

Dziękuję wszystkim

Jakim tranzystorem moge zastapic tranzystor 558B?

A ma ktoś może wzory jak policzyć wartości tych elementów C, Cd i jakie diody zastosować w układzie? Chciał bym sterować stycznikiem STT-300, indukcyjności jego cewki nie znam jak ktoś wie to nich napiszę, jak nie to pozostało mi tylko zmierzyć

Wczoraj zrobiłem próbę, zmontowałem układ ja na rysunku powyżej, i zaobserwowałem iż wszystko było by OK, ale w momencie wyłączania stycznik nie opada odrazu i do tego wtórnie podskakuje, wartości elementów jakie użyłem to:
C=33n/250V
Cd=1u/250
D, Dd= 1n4007
Czy może mi ktoś powiedzieć, do zrobić aby wyłączanie następowało płynnie i bez łuku?

Narysuj aktualny schemat na czysto z użytymi elementami.

Jaka jest rezystancja cewki tego stycznika i czy jest na prąd stały ?

Czy to na pewno STT-300 bo jakoś go znaleźć nie można (tj. danych technicznych).

Tak jest to stycznik na prąd stały, @paweł Es. mógłbyś podać jak wyliczyć pojemności i jak dobrać diodę do tego układ?
Cewka jest na 24V i ma 20.8Ω. poniżej załączam rysunek, narazię zamiast tranz. używam przekaźnika, ale myślę ze to nie miało by większego znaczenia.

Sterowanie przekaźnikami robi się zwykle w układzie wspólnego emitera gdzie tranzystor pracuje jako klucz w dwóch stanach: zatkania i nasycenia dla ograniczenia wydzielanej mocy na tranzystorze.

Poza tym łatwiej jest sterować układem WE niż WK (jak u ciebie na rysunku) ponieważ w układzie WK (czyli wtórnika emiterowego) trzeba do bazy doprowadzić napięcie powyżej napięcia przyciągania przekaźnika (stycznika) a w WE możesz sterować kluczem z niskich napięć.


Przykładowy układ sterowania stycznika



Kluczem jest tranzystor pracujący w układzie Darlingtona co pozwala sterować duży prąd stycznika (ok. 1.1A) małym prądem bazy dzięki dużemu wzmocnieniu układu D. (rzędu 1000 A/A lub więcej)

Oczywiście przy braku braku Darlingtonów w jednej obudowie (są one dostępne w cenie poniżej 1zł) można zrobić Darlingtona na piechotę z dwóch tranzystorów i dwóch rezystorów (rezystory równoległe do złącz BE tranzystorów służą do szybkiego rozładowania pojemności złącza B-E trnazystorów, ponieważ, np. tranzystor wyjściowy układu D, jest sterowany w rzeczywistości przez źródło prądąwe na bliższym wejścia tranzystorze co co powoduje, dłuższe jego wyłaczanie (pojemność złącza Cbe rozładowuje się wtedy przez dużą rezystancję wyłączonego tranzystora).

Minimalny prąd bazy wynosi Ic/βd=1.1A/1000=1.1 mA, przyjmujemy prąd bazy z zapasem 3..5 krotnym, powiedzmy 5mA.

R1 liczysz z wzoru:

$$R1=\frac{Uwe-1.5V}{Ib}$$

Ib=5mA

Do gaszenia przepięcia przy wyłączaniu stycznika został użyty układ z diodą prostowniczą i transilem.

Transil to rodzaj diody Zenera tyle, że zdolny do pochłaniania dużej energii impulsu prądowego. Dioda prostownicza zapewnia, że gałąź z transilem nie przewodzi gdy tranzystor jest włączony (transil w kierunku przewodzenia zachowuje się jak zwykła dioda a w kierunku wstecznym jak Zener).

Jeżeli byśmy zastosowali tylko diodę prostowniczą, to wydłużyło by to czas zwalniania stycznika ze względu na jej niskie napięcie przewodzenia.
Włączenie diody Zenera (transila) powoduje, że prąd wynikły z samoindukcji w uzwojeniu stycznika dużo szybciej spada poniżej jego prądu podtrzymania niż w układzie z samą diodą. Jednocześnie transil ogranicza przepięcie na cewce do swojego napięcia ograniczania + napięcie przewodzenia diody prostowniczej.
Napięcie ograniczania transila trzeba wybrać tak by napięcie na kolektorze tranzystora klucza w żadnych warunkach nie przekroczyło jego napięcia maksymalnego, czyli musi być spełniona nierówność

Ucc+Utransil+Ud<Umax

Ucc - napięcie zasilania (tu 24V)
Utransil - napięcie ograniczania transila
Ud - napięcie przewodzenia diody prostowniczej (ok. 0.8V)
Umax - maksymalne napięcie jakie wytrzymuje tranzystor (dla TIP122 jest to 100V)

Dane katalogowe Tip 122

Transile P6KExxx

Kondensatorów w tym układzie się nie stosuje, by nie powstawały oscylacje przy przełączeniach.