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.

5

6

TIPOS DE ALMACENAMIENTO

CAPACITIVO

7

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

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA FUENTE

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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

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• 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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GRACIAS !