Comment obtenir un courant élevé à partir de piles 9 volts

Une batterie 9V a une énergie stockée denviron:

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

Un joule est un watt-seconde, ou un newton-mètre. Dans les conditions les plus idéales, avec des machines parfaitement efficaces partout, il y a suffisamment dénergie stockée dans une batterie 9V pour appliquer la force de 600N spécifiée sur une distance de:

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

Votre solénoïde proposé, nécessitant peut-être \ $ 25A \ $ à \ $ 9V \ $, consomme de lénergie électrique au taux de:

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

En appliquant votre force \ $ 600N \ $ spécifiée, et étant donné cette puissance, nous pouvons déterminer la vitesse que votre solénoïde, sil était efficace à 100%, pourrait fournir:

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

Donc vous voyez, même si nous pouvons extraire toute lénergie stockée de la batterie 9V avec une efficacité de 100%, il ny en a pas une tonne entière. Sachant que votre solénoïde idéal se déplace à \ $ 0,375m / s \ $, et que la batterie a assez dénergie pour se déplacer \ $ 30m \ $, le runtime est:

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

Ou nous pourrions le calculer à partir de lénergie de la batterie et de la puissance du solénoïde:

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

Mais peut-être que cela suffit. La question est de savoir comment le faire efficacement. La puissance électrique dans une résistance est donnée par:

$$ P = I ^ 2 R $$

La résistance interne dune batterie 9V est peut-être \ $ 1,5 \ Omega \ $, quand Frais. Il monte lorsque la batterie se décharge. Votre solénoïde est probablement au moins un autre \ $ 1 \ Omega \ $. Ainsi à \ $ 25A \ $, vos pertes résistives seules seraient:

$$ (25A) ^ 2 (1.5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562.5W $$

Comparez cela à la puissance utilisée par le solénoïde idéal considéré ci-dessus (\ $ 225W \ $) et vous pouvez voir que cest un système absurdement inefficace. Le simple fait de gérer la chaleur de ces pertes sera un défi. Bien sûr, vous ne pouvez pas réellement obtenir cela avec une batterie 9V, car la tension perdue sur sa résistance interne à \ $ 25A \ $ est:

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

… qui est plus que le 9V fourni par la batterie.

Outre la batterie, ou le solénoïde, le transfert de \ $ 225W \ $ dénergie électrique est un problème Parce que la puissance est le produit de la tension et du courant (\ $ P = IE \ $), pour déplacer beaucoup de puissance, vous pouvez avoir un courant élevé ou une tension élevée. Mais même les fils ont une résistance, et depuis la perte de puissance la résistance est proportionnelle au carré du courant, il est plus pratique de déplacer de grandes quantités dénergie électrique à haute tension quà un courant élevé. Cest pourquoi le service public délectricité transmet de lénergie sur de longues distances à très haute tension.

Donc, si vous voulez déplacer \ $ 225W \ $ à \ $ 9V \ $, vous devez garder la résistance très faible, pour éviter que les pertes résistives soient très élevées. Cela signifie du gros fil (y compris le fil de votre solénoïde, qui représente la majeure partie du fil du circuit) et des batteries à faible résistance interne. Vous pouvez également échanger le courant contre la tension, ou la tension contre le courant, dans la conception de votre solénoïde, comme le décrit la réponse du supercat.

Commentaires

• Merci davoir répondu dun point de vue ESR.Trop de gens considèrent les batteries comme des sources de tension idéales et passent à côté des effets importants des batteries réelles, en particulier des types fortement compromis comme les piles 9V et les piles bouton courantes.

Puisque vous navez pas spécifié, je suppose que vous voulez parler dune pile 9V disponible dans le commerce. Une batterie 9V standard a une capacité denviron 400-600 mAh. Dans les termes les plus élémentaires, ces batteries peuvent fournir environ 500 milliampères pendant une heure avant dêtre «mortes». Vous pourriez , en théorie, puiser le courant que vous recherchez, mais même pour plusieurs batteries 9V en parallèle (somme la capacité ), vous obtiendrez environ 1 à 2 minutes de chaque jeu de piles. Avec des piles grand public standard, cest assez irréaliste et assez inefficace. Jimagine que vous ne voulez probablement pas changer les piles toutes les minutes .

Si la taille et le poids ne sont pas des facteurs énormes, je me pencherais sur une grande et haute capacité , batteries au plomb-acide à décharge rapide. Elles sont disponibles en 12 V, ce qui est proche de ce que vous recherchez, et peuvent fournir centaines d’ampères de courant pendant des durées variables (en fonction de votre dépenser / quelle batterie vous obtenez).

Commentaires

• Le PO na ‘ t dit (encore ) ce quest la batterie et donc votre réponse présuppose quelle est de type  » standard « . Vous avez peut-être raison dans votre hypothèse, mais peut-être pas.
• Excellent point. Jai un peu modifié ma réponse.

La conception dun solénoïde est un compromis entre lutilisation de plus tourne par rapport à lutilisation de plus de courant. Je doute vraiment que tout petit solénoïde qui soit suffisamment petit pour que lon puisse le faire fonctionner de manière réaliste avec une pile de 9 volts obtiendrait un comportement optimal avec un courant aussi élevé que vous le suggérez. Lefficacité serait probablement meilleure en utilisant plus de tours.

Cela dit, le courant maximal du solénoïde pouvant être obtenu à partir dune batterie de 9 volts serait obtenu en connectant un condensateur en parallèle avec la batterie, et puis en utilisant quelques commutateurs efficaces pour connecter alternativement le solénoïde à la batterie et le court-circuiter (il faut éviter davoir les deux commutateurs fermés et minimiser le temps que les deux sont ouverts; utiliser une diode de retour pour dissiper lénergie en toute sécurité pendant le « les deux temps ouverts »). Pour maximiser absolument le courant du solénoïde sans tenir compte de la durée de vie de la batterie, réglez le rapport entre la durée de la batterie et le «temps de court-circuit» de sorte que la batterie soit abaissée à environ 4,5 volts. Cela tirera une puissance maximale de la batterie, même si cela entraînera le gaspillage denviron la moitié de son énergie en se chauffant. Régler le rapport un peu plus bas, de sorte quil ne tire que la batterie à 6 volts, réduira légèrement le courant de la bobine (denviron 12%) mais améliorera la durée de vie de la batterie de 50%, car seul un tiers de lénergie de la batterie sera gaspillé en auto-échauffement.

Lutilisation dune pile 9V implique lutilisation dune seule pile 9V.

Si ce nest pas une vraie contrainte sous laquelle vous travaillez, je recommande den connecter plusieurs en série pour obtenir une tension plus élevée. Si vous ne pouvez utiliser quune seule batterie 9V, je vous recommande dacquérir un condensateur à haute capacité et de le charger via un courant -limiter le circuit, puis le basculer pour alimenter votre solénoïde. Cela ne donnera pas une sortie soutenue, mais selon le circuit et le solénoïde, cela devrait vous donner 600 N

Utilisez deux batteries au lithium IMR à haute consommation en série. Les tailles 18650 à 26650 ou plus peuvent fournir des courants aussi élevés que 60 A. Si la tension est trop basse (8,4), vous pouvez utiliser des batteries LiFePo f ou 9,6 volts, (3 fois 3,2 volts).