comparación de densidad de energía entre inductores y condensadores

La siguiente figura es sobre la comparación de densidad de energía entre inductores y condensadores. Esta tesis concluye que los capacitores poseen mayor densidad de energía que los inductores, como se ve en la figura.

Fuente: Análisis de convertidores de potencia de capacitores conmutados de carga suave por May, Ryan.

Me gustaría saber cómo obtener los datos como en la figura. Por ejemplo, digamos para un milímetro cúbico, ¿qué fórmula, qué valor de L, C, corriente, voltaje usa para obtener esos datos?

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Hay algunas cosas que se pueden resolver en la dirección de su pregunta, en teoría. Hay limitaciones materiales, en términos de Teslas. Estos son "voltios-segundos por m ^ 2". "Supermendur" podría llegar a 2 Teslas. (Una resonancia magnética médica es de aproximadamente 3 T). También existe una limitación en amperios/metro (amperios divididos por la longitud del camino magnético) dado el cable de cobre y su diámetro y su capacidad para empaquetarlo. Multiplicando Teslas por amperios/metro da Joules/m^3. La parte de Teslas es fácil (tabla de valores). Las limitaciones de los cables que necesitarías examinar un poco más para obtener los límites prácticos. Pero eso no es intratable.

Respuestas (1)

Cada inductor tiene una corriente nominal, cada condensador una tensión nominal. Y, por supuesto, su inductancia o capacitancia nominal. Y vienen en un paquete definido donde puedes calcular el volumen.

Sin embargo, con los condensadores hay que tener cuidado. Los capacitores cerámicos con algunos dieléctricos cambiarán su capacitancia nominal según el voltaje que cargan, por lo que no es tan simple.

Como ejemplo, echemos un vistazo a este inductor :

  • 10 µH
  • 5A
  • 6,65 x 6,45 x 5,8 mm³ = 248,8 mm³

Despreciando la resistencia del inductor:

energía guardada: mi i norte d = 1 2 L I 2 = 1 2 10   µH ( 5   A ) 2 = 0.125   mJ

Densidad de energia: 0.125   mJ / 248.8   milímetro 3 = 0.5     µJ /   milímetro 3

Y para un capacitor, tomemos uno de esta serie :

  • 47 µF
  • 25V
  • 5,8 x 5,2 x 5,2 mm³ = 156,8 mm³

Nuevamente descuidando a los parásitos:

Energía guardada: mi C a pag = 1 2 C tu 2 = 1 2 47   µF ( 25   V ) 2 = 14.7   mJ

Densidad de energia: 14.7   mJ / 156.8   milímetro 3 = 93.8     µJ /   milímetro 3

Entonces, para estos dos, los números del estudio parecen mantenerse. Descuidé la pérdida de parásitos, también puedes modelarlos y obtener números más pequeños.

Gracias. Excelente respuesta, pero me gustaría esperar un tiempo.
@anhnha No tengo prisa por obtener respuestas aceptadas, por el contrario, a menudo es interesante ver lo que escriben los demás. Aprendo bastantes cosas así...
@anhnha Sí, no hay necesidad de apresurarse. A pesar de eso, no te entiendo, porque el Arsenal te dio una respuesta perfecta a tu pregunta. Escribió ecuaciones, muestras, que explican perfectamente el punto.