IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MODULAR DE CAPACITORES PARA USOS EN DESCARGAS DE ALTA POTENCIA
Grupo de Electromagnetismo Aplicado (GEMA)
Departamento de Ciencias Básicas
Maestría en Física Aplicada
Universidad EAFIT
Augusto Carmona Valencia
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CONTENIDO
• ÁREAS DE TRABAJO
• POTENCIA PULSADA
• FUENTES DE ENERGÍA
• TIPOS DE ALMACENAMIENTO
• FUENTES CAPACITIVAS E INDUCTIVAS
• SELECCIÓN DEL TIPO DE FUENTE
• DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA FUENTE
• COMPORTAMIENTO GENÉRICO
• CONCLUSIONES
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ÁREAS DE TRABAJO
APROPIACIÓN DE SISTEMAS FÍSICOS EN LAS SIGUIENTES ÁREAS:
• SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE FLUJO MAGNÉTICO.
• PULSOS ELÉTRICOS Y MAGNÉTICOS.
• SISTEMAS DE GENERACIÓN DE MICROONDAS DE ALTA POTENCIA.
• SEGURIDAD ELÉCTRICA.
• FUENTES DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
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POTENCIA PULSADA
“LA POTENCIA PULSADA ES UN ESQUEMA EN EL CUAL LA ENERGÍA
ALMACENADA SE DESCARGA COMO ENERGÍA ELÉCTRICA EN UNA
CARGA DURANTE UN CORTO PULSO”.
Consultado en: http://www.sandia.gov/z-machine/, el 26 de
septiembre de 2011 4
FUENTES DE ENERGÍA
CARACTERÍSTICAS PARA USO:
• ALTA DENSIDAD DE ENERGÍA.
• CAPACIDADES DE DESCARGA ALTAS (CORRIENTE).
• PERÍODOS EXTENDIDOS DE ALMACENAMIENTO.
• EFICIENCIA EN CARGA Y DESCARGA.
• ALTO FACTOR DE MULTIPLICACIÓN EN POTENCIA.
• REPETITIVIDAD Y TIEMPO DE VIDA.
• BAJO COSTO.
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TIPOS DE ALMACENAMIENTO
INDUCTIVO
FUENTES CAPACITIVAS E INDUCTIVAS
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FUENTE CAPACITIVA
FUENTE INDUCTIVA
Consultado en: H. Bluhm, Pulsed Power Systems
SELECCIÓN DEL TIPO DE FUENTE
LAS FUENTES MÁS USADAS SON LAS CAPACITIVAS DEBIDO A SU
CONFIABILIDAD, REPETITIVIDAD Y LA FACILIDAD DE DESARROLLO
DE “CLOSING SWITCH” FRENTE AL “OPENNING SWITCH”
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Consultado en: H. Bluhm, Pulsed Power Systems
CAPACITOR REAL
Característica Valor
ESR 3mΩ
dV/dt 875V/μs
I (peak) 754 A
V 2000 V
COMPORTAMIENTO GENÉRICO
11
-1,1
-0,6
-0,1
0,4
0,9
0 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008
Vo
lta
je N
orm
ali
zad
o (
ua
)
Tiempo (s)
Descarga 1kV
Simulación
Medición
12
-1,1
-0,6
-0,1
0,4
0,9
0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003
Vo
lta
je N
orm
ali
zad
o (
ua
)
Tiempo (s)
Descarga 10kV
Simulación
Medición
COMPORTAMIENTO GENÉRICO
CONCLUSIONES
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• LA IMPLEMENTACIÓN DE ESTE TIPO DE DISPOSITIVOS ESTÁ
FUERTEMENTE LIGADO A LAS CARÁCTERÍSTICAS DE LA CARGA Y
LAS NECESIDADES DEL DESARROLLO.
• AUNQUE LAS FUENTES MÁS IMPLEMENTADAS SON LAS
CAPACITIVAS, LOS MAYORES ÍNDICES DE POTENCIA SE
ENCUENTRAN EN LAS FUENTES INDUCTIVAS.
• SE IMPLEMENTÓ UN BANCO DE CAPACITORES EL CUAL NO HA
SIDO PUESTO A PRUEBA SOBRE CARGAS TIPICAS DE POTENCIA
PULSADA, PERO QUE PERMITE EL ESTUDIO EN UN AMPLIO RANGO
DE APLICACIONES.
CONCLUSIONES
14
• MEDIANTE EL ESTUDIO GENÉRICO DEL BANCO, SE PUEDE
OBSERVAR QUE EL SISTEMA FÍSICO ES FUERTEMENTE
DEPENDIENTE DE LOS NIVELES DE ENERGÍA ALMACENADOS.
• LOS SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENRGÍA PARA ESTE TIPO
DE APLICACIONES REQUIEREN EL DESARROLLO DE MÚLTIPLES
SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA y ELECTÓNICA PARA
LAS MEDIDAS Y CARACTERIZACIONES Y POR SUPUESTO UN SUMO
CUIDADO CON EL TIPO DE EXPERIMENTACIÓN.
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