Kuinka saada suurta virtaa 9 voltin paristoista

9 V: n paristoon on varastoitu suunnilleen energiaa:

$$ \ need {cancel} \ frac {560 \ cancel {m} A \ cancel {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ peruuta {h}} \ frac {1} {1000 \ peruuta {m}} \ noin 18144VAs \ noin 18 kJ $$

joule on wattisekunti tai newtonmetri. Ihanteellisimmissa olosuhteissa, täydellisesti tehokkailla koneilla kaikkialla, 9 V: n akussa on riittävästi varastoitua energiaa käyttämään määritettyä 600 N: n voimaa seuraavalla etäisyydellä:

$$ \ frac {18 \ cancel {k} \ peruuta {J}} {1} \ frac {\ peruuta {N} m} {\ peruuta {J}} \ frac {1} {600 \ peruuta {N}} \ frac {1000} {\ peruuta {k} } = 30m $$

Ehdotettu solenoidi, joka vaatii ehkä \ $ 25A \ $, kun $ 9V \ $, kuluttaa sähkövirtaa seuraavalla nopeudella:

$$ 25A \ cdot 9V = 225W $$

Käyttämällä määritettyä \ $ 600N \ $ voimaa ja kun otetaan huomioon tämä teho, voimme ratkaista solenoidisi nopeuden, jos se olisi 100% tehokas, voisimme tarjota:

$$ \ frac {225 \ peruuta {W}} {1} \ frac {\ peruuta {J}} {\ peruuta {W} s} \ frac {\ peruuta {N} m} {\ peruuta {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0,375 m / s $$

Joten ymmärrämme, vaikka voimme purkaa kaiken 9 V: n akun varastoidun energian 100%: n hyötysuhteella, sitä ei ole koko tonni. Tietäen, että ihanteellinen solenoidisi liikkuu \ 0.375m / s \ $ ja että akussa on tarpeeksi energiaa liikkua \ 30m $ \, ajonaika on:

$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0.375 \ cancel {m}} = 80s $$

Tai voisimme laskea sen akkuenergian ja solenoiditehon perusteella:

$$ \ frac {18000 \ cancel {W} s} {1} \ frac {1} {225 \ cancel {W}} = 80s $$

Mutta ehkä se riittää. Kysymys on, miten se tehdään tehokkaasti. Vastuksen sähkövirran antaa:

$$ P = I ^ 2 R $$

9 V: n akun sisäinen vastus on ehkä \ $ 1,5 \ Omega \ $, kun tuore. Se nousee, kun akku tyhjenee. Solenoidisi on todennäköisesti ainakin toinen \ $ 1 \ Omega \ $. Joten hinnalla \ $ 25A \ $ pelkästään resistiiviset häviösi ovat:

$$ (25A) ^ 2 (1,5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562,5W $$

Vertaa tätä edellä tarkastellun ihanteellisen solenoidin käyttämään tehoon (\ $ 225W \ $) ja näet, että tämä on järjetön tehoton järjestelmä. Pelkästään näiden tappioiden lämmön käsitteleminen on haaste. Tätä ei tietenkään voi saada 9 V: n paristosta, koska sen sisäisen vastuksen yli menetetty jännite \ $ 25A \ $ on:

$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37.5V $$

… joka on enemmän kuin akun toimittama 9 voltin jännite.

Akun tai solenoidin lisäksi ongelma on $ 225 W \ $: n siirtäminen Koska virta on jännitteen ja virran tulo (\ $ P = IE \ $), liikuttaaksesi paljon virtaa, sinulla voi olla korkea virta tai korkea jännite. Mutta jopa johtimilla on vastus, ja koska virta menetti tälle vastus on verrannollinen virran neliöön , on käytännöllisempää siirtää suuria määriä sähköä suurella jännitteellä kuin suurella virralla. Siksi sähkölaite lähettää virtaa pitkiä matkoja erittäin suurella jännitteellä.

Joten, jos haluat liikkua \ $ 225W \ $ \ $ 9V \ $, sinun on pidettävä vastus hyvin alhaalla, jotta vältetään resistiivisten häviöiden erittäin suuri. Tämä tarkoittaa rasvaa johtoa (mukaan lukien solenoidissasi oleva lanka, joka muodostaa suurimman osan piirissä olevasta langasta) ja paristoja, joilla on pieni sisäinen vastus. Voit myös vaihtaa virtaa jännitteelle tai jännitettä virralle solenoidin suunnittelussa, kuten superkissan vastaus kuvaa.

Kommentit

• Kiitos vastauksestasi tähän ESR-näkökulmasta.Liian monet ihmiset katsovat paristoja ihanteellisiksi jännitelähteiksi ja unohtavat todellisten paristojen tärkeät vaikutukset, etenkin erittäin vaurioituneet tyypit, kuten tavalliset 9 V: n ja kolikkokennot.

Koska et ole määrittänyt, oletan, että tarkoitat kotitalouskäyttöön tarkoitettua, 9 V: n akkua. Tavallisella 9 V: n akulla on noin 400-600 mAh kapasiteetti. Periaatteessa nämä akut voivat tuottaa noin 500 milliampeeria tunnissa ennen kuin ne ovat ”tyhjät”. voisit teoriassa vetää etsimäsi virran, mutta jopa useiden 9 V: n paristojen kanssa samanaikaisesti (summaa kapasiteetti ), saat noin 1-2 minuuttia jokaisesta paristosarjasta. Tavallisilla kuluttajaparistoilla se on melko epärealistista ja melko tehotonta. Voin kuvitella, että et todennäköisesti halua vaihtaa paristoja joka minuutti .

Jos koko ja paino eivät ole valtavia tekijöitä, tarkastelen suurta, suurta kapasiteettia , nopeasti purkautuvat lyijyhappoakut. Ne ovat 12 V: n jännitteellä, mikä on lähellä etsimääsi, ja ne voivat tuottaa satoja ampeeria virtaa vaihtelevaksi ajaksi (riippuen siitä, kuinka paljon kulutus / mikä akku saat).

Kommentit

• OP ei ole ’ t sanonut (vielä ) mikä on paristo ja vastauksesi edellyttää, että se on ” vakio ” -tyyppi. Oletus voi olla oikea, mutta et ehkä.
• Erinomainen asia. Muokkasin vastaustani hieman.

Solenoidin muotoilu on kompromissi enemmän kääntyy verrattuna enemmän virtaa. Epäilen todella, että mikä tahansa pieni solenoidi, joka on tarpeeksi pieni, jotta sitä voitaisiin realistisesti käyttää 9 voltin akulla, saavuttaisi optimaalisen käyttäytymisen niin korkealla virralla kuin ehdotat. Tehokkuus olisi todennäköisesti parempi käyttämällä useampia kierroksia.

Tästä huolimatta suurin solenoidivirta, joka voidaan saada 9 voltin akusta, saavutetaan kytkemällä kondensaattori rinnakkain akun kanssa, ja sitten kytkemällä pari tehokasta kytkintä solenoidin vaihtamiseen vuorotellen akkuun ja oikosulku (on välttämätöntä, ettei molempia kytkimiä koskaan ole kiinni, ja pitäisi minimoida molempien aukioloaika; käytä flyback-diodia energian turvalliseen hävittämiseen akun aikana ”molemmat avoimet”). Maksimoi solenoidivirta ehdottomasti ilman akun käyttöikää asettamalla akun ja ”oikosulun” suhde siten, että akku vedetään noin 4,5 volttiin. Se vetää paristosta maksimaalisen virrankulutuksen, vaikka se saisi akun tuhlata noin puolet energiasta itse. Suhteen asettaminen hieman pienemmäksi, joten se vetää akun vain 6 volttiin, vähentää kelan virtaa hieman (noin 12%), mutta parantaa akun käyttöikää 50%, koska vain kolmasosa akun energiasta kuluu hukkaan itselämmitykseen.

9 V: n pariston käyttäminen on esimerkki yhdestä, yhdestä 9 V: n paristosta.

Jos tämä ei ole todellinen rajoitus, jonka alla työskentelet, suosittelen sarjaan kytkemistä useampaan suuremman jännitteen saavuttamiseksi. Jos voit käyttää vain yhtä yksittäistä 9 V: n akkua, suosittelen hankkimaan suuren kapasitanssin kondensaattori ja lataamaan sen virralla -rajaa piiri ja kytke se sitten solenoidisi virtalähteeseen. Tämä ei anna jatkuvaa lähtöä, mutta piiristä ja solenoidista riippuen sen pitäisi antaa sinulle 600 N

Käytä kahta IMR: n erittäin tyhjentynyttä litiumparistoa sarjassa. Koot 18650 – 26650 tai enemmän voivat tuottaa jopa 60 ampeerin virran. Jos jännite on liian matala (8.4), voit käyttää LiFePo-paristoja f tai 9,6 volttia (3 kertaa 3,2 volttia).