Supercondensadores frente a condensadores de alto voltaje con cargas inductivas utilizados en CoilGuns o solenoides

Si consideramos solo los componentes ideales, entonces el único número que debe tener en cuenta es la energía máxima almacenada por costo unitario. Como ya encontró, la energía almacenada en un capacitor está dada por

$$1/2 \cdot C V^2$$

Por lo tanto, el supercondensador SAMWHA puede almacenar un máximo de:

$$1/2 \cdot 500 \cdot 2.7^2 = 1823 \:\mathrm J$$

El gran electrolítico puede almacenar hasta:

$$1/2 \cdot 0.0022 \cdot 450^2 = 222.75 \:\mathrm J$$

En esta perspectiva, solo importa el almacenamiento de energía. Eso puede provenir de alta capacitancia o alto voltaje máximo. No importa cuál, porque puede cambiar el equilibrio entre corriente y voltaje cambiando el diseño de su bobina. Una bobina con un gran número de vueltas desarrollará un fuerte campo magnético sin mucha corriente. Sin embargo, tendrá una gran inductancia y requerirá un alto voltaje para desarrollar esa corriente rápidamente. Una bobina con menos vueltas requerirá más corriente para desarrollar el mismo campo magnético, pero la inductancia será menor, por lo que se requiere menos voltaje para que el voltaje aumente rápidamente.

Si estuviera comprando condensadores ideales y pudiera fabricar una bobina ideal, esto sería todo lo que necesitaría para tomar su decisión. Sin embargo, el mundo real no es tan simple.

Los condensadores reales tienen efectos no ideales. Es común modelar un capacitor como una red de otros componentes, así:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La fuga determina qué tan rápido se autodescarga el capacitor. Idealmente, este valor es infinitamente alto. Probablemente no sea un gran problema en su aplicación, ya que no está almacenando un cargo durante mucho tiempo.

ESL es la inductancia en serie equivalente . Idealmente, este valor es 0. Esta inductancia establece un límite superior en la rapidez con la que puede cambiar la corriente a través del capacitor. Querrá asegurarse de que el ESL combinado de todos sus capacitores sea al menos un orden de magnitud más bajo que la inductancia de su bobina; de lo contrario, la corriente y, por lo tanto, el campo magnético, no aumentarán rápidamente.

ESR es la resistencia en serie equivalente . Idealmente, este valor es 0. Aquí está el problema real para su aplicación. Estará, en el pico, dibujando una corriente muy alta a través de sus condensadores. Esta corriente también debe fluir a través del ESR y está sujeta a todas las leyes físicas de resistencia. Eso incluye la caída de voltaje, de acuerdo con la ley de Ohm :

$$E = IR$$

Y convirtiendo la energía eléctrica en calor, según el calentamiento Joule :

$$P = I^2 R$$

Cualquier caída de voltaje a través de ESR es un voltaje que no está disponible para impulsar su bobina. Si la corriente es lo suficientemente alta en relación con la ESR, entonces el voltaje que ve su bobina será esencialmente nada. Lo que tienes es esencialmente esto:

^{simular este circuito}

Para que aumente la corriente, debe aumentar el voltaje en R1. Dado que el voltaje en R1 más el voltaje en L1 debe ser igual al voltaje del capacitor, a medida que aumenta la corriente, el voltaje en L1 debe disminuir . Eso es malo para ti, porque significa que puedes aumentar la corriente en L1 con menos rapidez.

Además, el calentamiento provocado por pérdidas en el condensador puede dañar el condensador. Eso también es malo para ti.

Las hojas de datos de los condensadores elaborarán estos detalles. Sin embargo, según las características generales de los supercondensadores y los electrolíticos, puedo decirle que los electrolíticos tendrán una ESR mucho más baja en promedio. Los supercapacitores están destinados a aplicaciones de corriente más baja, ubicados en algún lugar entre una batería y un capacitor. Por lo general, se dañarán por la alta corriente, o al menos su ESR será tan alta que no funcionará bien en su aplicación.

También hay condensadores electrolíticos particulares diseñados para tener una ESR especialmente baja. Estos se denominan simplemente condensadores de "baja ESR". También son más caros, pero podrías investigarlos. Por lo general, encuentran aplicación como filtros ondulados en las fuentes de alimentación, donde una ESR más alta en el ciclo constante de carga y descarga sería un problema para la eficiencia, el rendimiento o la confiabilidad.

Agregado a la respuesta de PJC50 vinculada en los comentarios, uno tiene que mirar la especificación total de un componente para encontrar su valor aplicable a un proyecto.

No estás mirando todos los datos relevantes.

El supercap que está considerando no es solo de bajo voltaje, tiene una ENORME resistencia interna en comparación con los de alto voltaje. Por lo tanto, no solo necesita el voltaje más alto para superar la resistencia y la reluctancia (una bobina no conducirá instantáneamente, sino que acumulará corriente debido al voltaje aplicado) del circuito electrónico, debe evitar poner cualquier resistencia adicional donde puede.

Sin mencionar que la mayoría de los supercaps podrían desecharse después del primer intento de ponerles medio amperio de corriente instantánea o sacarlos.