Сравнение энергии, запасаемой в конденсаторе и в дросселе Опции

[iiv]

Всем доброго времени суток,

много раз видел утверждение, что индуктивность запасает больше энергии на объем или вес, чем конденсатор. Чисто из своего личного опыта при поиске компонент встречал только обратное. Тор на порошковом железе, весящий с 1 кг запасает примерно 0.5Дж, в то время как кондер в корпусе 2225 с номиналом в 450В, 1мкФ запасает 0.1Дж.

Может я не те дроссели смотрю? Вдруг кто знает, тыкните меня, пожалуйста, носом в какой-нибудь дроссель, который бы под сотню Дж запасал бы, ну и весил бы не больше нескольких кг, или такое не реально?

Спасибо

ИИВ

[A.W.P.]

Давайте подробнее обсудим накопление энергии (в электрическом и магнитном полях).
Мне представляется, что расхождение в оценках их сравнительной эффективности вызвано качественным различием поведения конденсатора и катушки индуктивности. Из-за этого результаты их сравнения как накопителей энергии сильно зависят от дополнительных условий (скважности работы накопителя: два или сто миллионов-большая разница; характерного времени разряда на нагрузку; величины запасаемой энергии; мощности источника "накачки").

Конденсаторы (электрические накопители): удельная энергия ограничена допустимой напряженностью электрического поля (не зависит от скважности работы!), время саморазряда велико-от сотен до сотен тысяч секунд (достижимо очень большое отношение мощностей разряда и заряда); имеется ряд взаимодополняющих электронакопителей (пленочные и др. импульсные конденсаторы, алюминиевые/танталовые электролитические конденсаторы, конденсаторы "с двойным слоем" с водным и неводным электролитами, различные электрохимические аккумуляторы), позволяющий перекрыть широченный диапазон по времени разряда с поддержанием приемлемых характеристик (удельные энергия, мощность и стоимость); масштабный эффект отсутствует или слегка отрицательный.

Катушка (магнитные накопители): без ферромагнитного сердечника достижима весьма высокая удельная энергия, косвенно ограничиваемая механической прочностью катушки и приемлемостью ее температуры (т.е. ощутимо зависит от скважности работы накопителя-примерно пропорционально; если для продолжительного режима работы дросселя допустимы линейные нагрузки 3..10 А/мм, то при скважности, например, несколько миллионов сколько будет допустимо-несколько килоампер на миллиметр? соответственно, достигается индукция несколько (единиц) тесла и плотность энергии десятки Дж/куб.см-без использования сверхпроводимости!) это как раз на два порядка большая плотность энергии, чем у "хороших" конденсаторов. Если (из-за небольшой скважности работы) нельзя получить линейную нагрузку катушки от 1кА/мм, выгоднее использовать дроссели с соответствующим ферромагнитным сердечником и зазором в зависимости от располагаемой МДС. Тогда энергоемкость дросселя пропорциональна индукции насыщения материала сердечника (в первой степени!), пропорциональна допустимой линейной нагрузке обмотки и "рабочему" объему сердечника (не входит длина сердечника, не занятая обмоткой). Располагаем большим разнообразием материалов для сердечника, позволяющим подстроиться под самые разные требования к накопителю... Но если скважность не велика и, соответственно, линейная нагрузка катушки жестко ограничена по тепловым соображениям, характеристики дросселей оказываются хуже (и значительно хуже), чем у конденсаторов (например,при индукции в сердечнике 1Т, линейной нагрузке 5А/мм запасаем всего 2,5мДж/куб.см-отнесено к объему сердечника, "одетого" обмоткой, а к полному размеру дросселя будет еще вполовину хуже.) Это на порядки хуже, чем у конденсаторов. Грубо говоря: если катушку ПРИХОДИТСЯ выполнять с сердечником, то она уступает по плотности энергии "хорошим" конденсаторам. У дросселей сильный "саморазряд": постоянная времени хранения энергии от десятков микросекунд (маленькие катушки без сердечника) до десятков миллисекунд; следовательно, дроссель надо "заряжать" непосредственно перед использованием и мощность зарядника сравнительно велика. Масштабный эффект положительный, умеренно-выраженный.

Если вернуться к задаче ТС, то требовался накопитель на несколько десятков джоулей с разрядом за 100 нс при скважности порядка миллиона. Вроде как подходит "воздушная" катушка. Пусть даже не стремимся к рекордам и ограничиваемся плотностью несколько Дж/куб.см, объёмом катушки десяток кубиков и характерными размерами 4..5 см. Но 10 Дж/100 нс=100 МВт, а это что-то вроде 25 кВ*4 кА. И как будем обеспечивать электрическую прочность??? Так что проблема явно не в плотности хранения энергии!

Это все рассуждения дилетанта, сильно не бейте.

Сообщение отредактировал A.W.P. - Jul 10 2012, 09:00

[AndreyVN]

Так что проблема явно не в плотности хранения энергии!

Я тоже так думаю. Магнитный компрессор делают как элемент волноводной конструкции. Чтобы получить наносекундные импульсы индуктивность цепи разряда, вроде-как, в диапазоне наноГенри (?) должна быть. Мне кажется, именно здесь основные проблемы сосредоточены. Впрчем, я не знаю задачи iiv, может ему в габарит или вес "вписаться" надо?

Хотите узнать всю правду, читайте профильную литературу.

Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают.

[Valodores]

Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают.

Как по мне, так книга "Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля" в этом плане самая лучшая. Нет воды, предельно инженерная выкладка с необходимыми формулами и богатое экспериментальное подтверждение.
Саму книгу можно взять здесь: http://www.twirpx.com/file/244071/