Un amortiguador es un dispositivo utilizado para suprimir ("amortiguar") 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 frecuentemente en sistemas eléctricos con 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 en el dispositivo supera lo que el dispositivo debe 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 forma segura. Los elementos inductivos a menudo son involuntarios y surgen de los bucles de corriente implicados 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 cuando se conmuta una ruta de corriente importante, como en las fuentes de alimentación . Los amortiguadores también se utilizan a menudo para evitar la formación de arcos entre los contactos de relés e interruptores , o las interferencias eléctricas o la soldadura de los contactos que pueden ocurrir (ver 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 rápido aumento 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 activará. Se puede utilizar un amortiguador RC diseñado adecuadamente con cargas de CC o CA. Este tipo de amortiguador se usa comúnmente con cargas inductivas como motores eléctricos . El voltaje a través de un capacitor no puede cambiar instantáneamente, por lo que una corriente transitoria decreciente fluirá a través de él durante una fracción de segundo, permitiendo que el voltaje a través del interruptor aumente más lentamente cuando se abre el interruptor. La determinación de la tensión nominal puede resultar difícil debido a la naturaleza de las formas de onda transitorias y puede definirse simplemente por la potencia nominal 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 de Boucherot ).
Cuando la corriente que fluye es CC, a menudo se emplea un diodo rectificador simple como amortiguador. [2] El diodo amortiguador está cableado en paralelo con una carga inductiva (como una bobina de relé o un motor eléctrico ). El diodo está instalado de manera que no conduzca en condiciones normales. Cuando se interrumpe la corriente de conducción externa, la corriente del inductor fluye a través del diodo. La energía almacenada en el inductor se disipa gradualmente mediante 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 causar 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 conducción. 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 amortiguar 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 ser necesarios 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 de serie inversa , pero son propensos a desgastarse después de aproximadamente una docena de julios máximos de absorción de energía, como la protección contra rayos, pero son adecuados para energías más bajas.
Ahora, con una resistencia en serie (Rs) más baja en los semiconductores , generalmente se les llama supresores de voltaje transitorio (TVS) o dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) .
Se pueden utilizar supresores de voltaje transitorio (TVS) en lugar del diodo simple. La abrazadera del diodo de la bobina hace que el relé se apague más lentamente ( ) y, por lo tanto, aumenta el arco de contacto [ se necesita aclaración ] si hay una carga de motor que también necesita un amortiguador. La abrazadera de diodo funciona bien para detener un motor unidireccional, pero para motores bidireccionales, se utiliza un TVS bipolar.
Un TVS tipo Zener de voltaje más alto puede hacer que el relé se abra más rápido que con una simple abrazadera de diodo rectificador, ya que R es mayor mientras el voltaje aumenta hasta el nivel de abrazadera. 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 normal de un diodo directo.
Los diodos de supresión de voltaje transitorio son como rectificadores controlados por silicio (SCR) que se activan por sobrevoltaje y luego se sujetan como transistores Darlington para una menor caída de voltaje durante un período de tiempo más largo.
En circuitos de CA no se puede utilizar un amortiguador de diodo rectificador; Si un simple amortiguador RC 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 , disparos de turbinas , cierre de válvulas de seguridad , cierre de válvulas de alivio o cierre de fusibles hidráulicos . Los amortiguadores permiten el libre movimiento térmico 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]
