Comparación de la densidad de almacenamiento de energía de los sistemas inductivos y capacitivos

Resumen

Los generadores de impulsos ultrarrápidos de hoy son capaces de producir impulsos de alto voltaje (> 1 kV), con tiempos de subida rápidos y de vanguardia, (< 1 ns). Se presenta una revisión de los métodos de implementación del generador que incluye una discusión detallada de los distintos diseños de circuitos y una lista de generadores de impulsos de alto voltaje disponibles en el mercado. Todos estos generadores son capaces de aumentar el tiempo menos de unos pocos ns y voltajes mayores de varios cientos de voltios. Finalmente, se presenta una breve descripción de los tres tipos de interruptores primarios, reed, chispa y estado sólido

He usado equipos como este en la industria de la energía y me parece realista.

Debe almacenarse una cierta cantidad de energía para volcarla en una carga industrial variable o dispositivo bajo prueba (DUT). Piense en grande como componentes de subestación o distribución o generadores de plasma.

Su conclusión es que el almacenamiento de energía inductivo tiene una densidad mucho mayor.

El artículo comparaba todos los generadores comerciales de HiV disponibles que almacenan energía para descargar grandes componentes de la industria eléctrica comercial para pruebas de estrés para pruebas estándar de la industria de rayos. es decir. tiempo de subida < 1ns > 200kV y corrientes altas de hasta 50kA.

  

Los materiales High T utilizan un híbrido de núcleo de hierro duro y partículas dieléctricas de silicato. Algo parecido al nanocompuesto de sílice (RhB – Fe3O4 / MnO2 / SiO2 / KCC-1)

Esto discutió detalles más finos de núcleos de alto T a 30 kHz con mejoras de material y geometría, pero sin valores reales. (sus secretos comerciales) enlace

Uno tiene que examinar los materiales utilizados en cada diseño para asignar una constante relativa en comparación con el aire. Los requisitos son costo, tamaño, calidad de aislamiento , fuga, ruptura de voltaje > 50kV / mm, contaminaciones que inducen descargas parciales, niveles de saturación de nuevos materiales ferromagnéticos (10T).

El plástico tiene una constante dieléctrica alrededor de 2, el aceite del transformador es ~ 4. El acero orientado de grano laminado en frío (CRGOS) tiene un valor B max de alrededor de 6T y los materiales híbridos son ~ 10T.

Equipos antiguos que he usado para probar hasta 200kV para < 5 transformadores de MVA ocuparon 5 mx10m de espacio de piso y fueron tecnología de los 80.

• Usó un motor de 5 Hp para impulsar el diseño de una máquina de volante de fricción de cuero para pruebas de alto voltaje. Esto se carga a su vez en racks de 19 "de condensadores de poliestireno en paralelo con un sensor de voltaje remoto para una salida regulada. Esto a su vez se cablea en una máquina que funciona como un generador Marx (multiplicador) con resistencias R de 1kW bajo del tamaño de amortiguadores controle el aumento de la forma de onda y el tiempo de cola también determinado por la capacidad de carga. La máquina tenía un control remoto motorizado y un disparador de chispa inductivo para calibrar el voltaje y la energía almacenada.

Aquí mi tiempo de subida fue limitado debido al alcance primitivo de 300MHz a 1 ns, pero no hay problema, supongo que podría ser de 100ps.

Parece estar vendiendo condensadores cortos

Un vistazo rápido en google sugiere que los supercaps vienen en aproximadamente 6Wh / L, convirtiéndose a unidades SI, que es \ $ 2 \ times10 ^ 7 \ $ W / m³. Mucho mejor que su cálculo, y más aún porque esa no es la energía almacenada en el campo, incluye el volumen de los electrodos, etc.

Su figura para la energía almacenada en un imán parece razonable. Para campos altos, se saturan los materiales magnéticos y ya no dan mucho beneficio, por lo que elegir \ $ \ mu_0 \ $ parece razonable, y se puede lograr 10T a un precio razonable. También se puede obtener 20T, pero es más caro y solo aumenta el resultado final en un factor de 4. También vale la pena señalar que el "Balance de la planta" requerido para soportar un imán superconductor es mucho más grande que el requerido para un capacitor. , por lo que la cifra con todo incluido será peor.

En cuanto a por qué el autor dijo eso, bueno, no lo sabemos, pero podría ser eso:

• Las supercápsulas eran más nuevas, menos efectivas y / o menos conocidas hace 17 años. No he revisado su historia para verificar.
• Simplemente sacó algunos números que parecían razonables, buscando voltaje de ruptura y \ $ \ varepsilon \ $ para algunos dieléctricos comunes.
• Intencionalmente ignoraba las supercápsulas por la misma razón por la que ignoraba los imanes 20T: porque son (o eran) difíciles o costosos para acertar.
• Intentó intencionalmente hacer que el almacenamiento magnético se viera bien. Mala forma, sí, pero sucede. Incluso en las mejores revistas. Es especialmente común en las secciones de discusión que no tienen las mismas expectativas de rigor que los resultados reales reportados.
• [Editado en]: no está haciendo una comparación general, sino comparando técnicas de almacenamiento de energía para un trabajo específico. Y hay alguna razón por la que los supercaps no son adecuados para la tarea específica en cuestión.