Décharge condensateur courant élevé

[jeff-49]

Bonsoir,

Petite question aux électroniciens :

J'ai 17 condensateur en parallèle (2200 microF), alimenté via une alimentation a découpage (régulateur et commande de transistor; qui permet de régler le courant dans le circuit aval) en 300V continu. Après ces condos j'ai une inductance importante (je n'ais pas la valeur par contre), un thyristor pour fermer ouvrir le circuit et enfin une charge que j'assimile à une résistance pour moi pas très importante (et une diode de roue libre entre la sortie de la charge et entrée de la self précédente).

Bref, je voudrais savoir dans le principe, comment on fais pour avoir un courant de plusieurs kA sur ma charge. Le principe est que les condos ce chargent suivant le réglage du courant souhaité (exemple 2kA), et quand je commande mon thyristor je décharge mes condos et mon courant donc ici de 2kA arrive sur ma charge.

Cependant, je ne vois pas comment le courant arrive a atteindre de tel ampérage juste avec la décharge des condos (condos 400V 7.9A). Ce montage marche et est pour usage industriel; mais je voudrais savoir comment physiquement cela est possible. Est-ce du a de la résonance ou autre phénomène physique/électrique; à titre d'information on peu monter à 6kA de courant a envoyer sur ma charge.

Cordialement.
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[Zenertransil]

Bonsoir!

C'est simple: pendant la charge, on accumule une certaine quantité d'énergie dans des condensateurs. Normalement, la charge des condensateurs est l'intégrale temporelle du courant, mais si celui-ci est constant, on peut écrire Q=I*deltaT. Q est fixée pendant le cycle de charge. Mais ensuite? On imagine bien que si on a un delta T très grand, alors I sera très petit. A l'inverse, si delta T est petit, très petit, presque infime, I prend des valeurs monstrueuses!

L'énergie accumulée dans un condensateur vaut C.U²/2. Ici, on a donc E = 17*2200e-6*300²/2 = 1683 Joules, quand même! On peut théoriquement faire ça sous 3V (avec des capacités monstrueuses) mais la pratique est plus gênante, car avec des courants pareils, le moindre milliohm compte! Donc le courant sera limité par la résistance des câbles. C'est pour ça qu'on travaille plutôt avec de "grosses" tensions! L'ennui, c'est que si le condensateur seul peut être considéré (s'il est parfait) comme uniquement un condensateur, dès qu'il est dans un circuit et qu'on prend un "vrai" condensateur, ce n'est plus vrai: il y a aussi de la résistance série. Et cette résistance va justement augmenter le temps de décharge, en empêchant que tout parte en quelques nanosecondes! C'est un circuit RC, plus la constante de temps (tau=RC) est grande, plus les condos vont se vider lentement.

L'énergie est liée à la capacité ET à la tension, et en augmentant la capacité on augmente obligatoirement le temps de l'impulsion et qu'on diminue donc le courant, c'est pour ça qu'on cherche plutôt à monter les tensions que les capacités. En plus, en multipliant la capacité par 10 on multiplie l'énergie par 10, mais en multipliant la tension par 10, on multiplie l'énergie... par 100!

Si tu t'intéresses à ça, jette un coup d'œil aux générateurs de Marx! Le principe est élémentaire: on charge des condensateurs en parallèle, donc tous soumis à la même tension (300V par exemple, ici) avec leur résistance de limitation de courant, en prenant son temps. Ensuite, les condensateurs sont tous couplés en série et se déchargent brutalement dans la "charge"! On peut atteindre plusieurs MILLIARDS d'Ampères... Le système est autopiloté par des éclateurs, qui s'amorcent dès que les condensateurs sont chargés! Le circuit a la forme d'une échelle horizontale, les condensateurs sont les échelons et les montants sont des résistances en série. Les condos sont bien chargés en parallèle. Lorsqu'ils sont chargés, on les relie (via le fameux système autopiloté) en diagonale, donc on court-circuite les résistances et les condos sont en série, d'où une tension très importante et une capacité très faible pour la même énergie: les courants sont titanesques!



Bonne soirée

[Pr Stanislas]

Je serais curieux de savoir comment MESURER de tels courants!!

[PA5CAL]

Bonsoir

Je serais curieux de savoir comment MESURER de tels courants!!

Ça se mesure avec un shunt et un appareil de mesure de la tension (galvanomètre, voltmètre numérique ou carte d'acquisition).

Pour des courants très élevés, on trouve des shunts gros comme le bras, parcourus par un fluide de refroidissement (eau ou huile).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Murayama]

Bonjour!

Ça se mesure avec un shunt

Pour des courants TRES intenses, on ne peut pas mesurer avec un shunt. Dans le cas
de la "Z-machine" (courants de plusieurs dizaines de millions d'ampères, donc même si
la résistance est petite, le carré du courant est assez grand, donc ça dissiperait pas mal),
on mesure le champ magnétique créé par le courant. Je ne connais pas la méthode, mais
j'imagine qu'un capteur à effet hall dans le voisinage du circuit de courant doit faire du
bon travail.
Pour déclencher des courants pareils, aucun semi-conducteur ne peut faire du bon
travail parce que c'est bien trop lent et les condos seraient tous vides avant que le courant
n'atteigne des valeurs élevées. On utilise un interrupteur collé par une charge
explosive. L'interrupteur ne sert qu'une fois, après il est soudé.

Pascal

[jeff-49]

Bonjour,

Merci je vois un peu mieux le principe. C'est en voyant le "7.9A" sur le condensateur que je me suis dit pour aller a 3kA même avec 17 en parallèle, comment on fais ?

Pour indication, on le mesure ici bien avec un shunt (on ne va pas dépasser 6kA techniquement),un shunt avec un petit afficheur électronique relié dessus qui nous affichera le courant.

[PA5CAL]

Pour des courants TRES intenses, on ne peut pas mesurer avec un shunt.

Je répondais en pensant aux 6kA de la question posée.

Mais pour les dispositifs du type Z-machine, on procède aussi à une mesure de la chute de tension dans le conducteur (ce qui s'apparente bien à un shunt), au moins durant la première partie de la décharge, avant que le conducteur ne se volatilise et s'ionise, car la mesure du champ magnétique ne permet pas seule de rendre compte précisément de ce qui se passe. Comme souvent dans les tirs de dispositifs militaires, la partie des chaînes de mesure qui lui est la plus proche est rapidement détruite durant l'opération, et il est nécessaire de disposer de plusieurs capteurs échelonnés et de différentes natures pour pouvoir suivre l'évolution d'une grandeur physique.

Sinon, les « milliards » d'ampères évoqués me semblent exagérés compte tenu des limites techniques réelles. Les dizaines de millions d'ampères sont déjà difficiles à atteindre.

[PIXEL]

Bonjour,

Merci je vois un peu mieux le principe. C'est en voyant le "7.9A" sur le condensateur que je me suis dit pour aller a 3kA même avec 17 en parallèle, comment on fais ?

biscotte tu utilises des condos chimiques , inadaptés à cet usage,

1) ils ont un courant maximum destructif
2) leur ESR limitera l'intensité délivrée.

ces installations à forts courants utilisent des condos classiques non polarisés , souvent à bain d'huile.
bref , ça ne joue pas dans la même cour !

[PIXEL]

AJOUT , et fais gaffe , ton truc peut foudroyer un bœuf !

[Murayama]

Bonjour!

AJOUT , et fais gaffe , ton truc peut foudroyer un bœuf !

Et qui foudroie un bœuf doit en racheter un noeuf.

Pascal

[Zenertransil]

biscotte tu utilises des condos chimiques , inadaptés à cet usage,

1) ils ont un courant maximum destructif
2) leur ESR limitera l'intensité délivrée.

ces installations à forts courants utilisent des condos classiques non polarisés , souvent à bain d'huile.

J'ai vu (de mes yeux mais pas sur place) des générateurs de Marx avec des condensateurs où le diélectrique n'est autre que de l'eau! Économie garantie, et plus qu'auto-cicatrisant...

Et je plussoie pour le danger, c'est quatre fois l'énergie développée par une balle de 9mm... Pour donner un ordre de grandeur!