Hvordan få høy strøm fra 9 volts batterier

Et 9V batteri har omtrent en lagret energi på:

$$ \ krever {avbryt} \ frac {560 \ avbryt {m} A \ avbryt {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ avbryt {h}} \ frac {1} {1000 \ avbryt {m}} \ ca. 18144VA \ omtrent 18 kJ $$

En joule er et watt-sekund, eller en newton-meter. Under de mest ideelle forholdene, med perfekt effektive maskiner overalt, er det nok lagret energi i et 9V batteri til å bruke den spesifiserte 600N kraften over en avstand på:

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

Den foreslåtte solenoiden din, som kanskje krever \ $ 25A \ $ på \ $ 9V \ $, bruker strøm med hastigheten på:

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

Ved å bruke den spesifiserte \ $ 600N \ $ kraften, og gitt den kraften, kan vi løse hastigheten solenoiden din, hvis den var 100% effektiv, kunne gi:

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

Så du skjønner, selv om vi kan trekke ut all den lagrede energien til 9V batteriet med 100% effektivitet, Det er ikke så mye av det. Å vite at din ideelle solenoid beveger seg på $ $ 0,375m / s \ $, og at batteriet har nok energi til at det kan bevege seg $ $ 30m $, kjøretid er:

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

Eller vi kunne beregne det ut fra batterienergi og solenoidekraft:

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

Men kanskje det er nok. Spørsmålet er hvordan du gjør det effektivt. Elektrisk kraft i en motstand er gitt av:

$$ P = I ^ 2 R $$

Den indre motstanden til et 9V batteri er kanskje \ $ 1,5 \ Omega \ $ når fersk. Det går opp når batteriet tømmes. Solenoiden din er trolig minst en annen \ $ 1 \ Omega \ $. Så ved \ $ 25A \ $ vil dine resistive tap alene være:

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

Sammenlign dette med kraften som brukes av den ideelle solenoiden som er vurdert ovenfor (\ $ 225W \ $), og du kan se at dette er et absurd ineffektivt system. Bare det å takle varmen fra disse tapene vil være en utfordring. Selvfølgelig kan du ikke få dette ut av et 9V batteri, fordi spenningen som går tapt på grunn av den interne motstanden ved \ $ 25A \ $ er:

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

… som er mer enn 9V som leveres av batteriet.

I tillegg til batteriet eller solenoiden er det et problem å overføre \ $ 225W \ $ strøm. Fordi kraft er et produkt av spenning og strøm (\ $ P = IE \ $), for å flytte mye strøm kan du ha høy strøm eller høy spenning. Men selv ledninger har motstand, og siden strøm tapte til dette motstand er proporsjonal med strømmen kvadrat , det er mer praktisk å flytte store mengder elektrisk kraft ved høy spenning enn den er ved høy strøm. Dette er grunnen til at det elektriske verktøyet overfører kraft over lange avstander med veldig høy spenning.

Så hvis du vil flytte \ $ 225W \ $ på \ $ 9V \ $, må du holde motstanden veldig lav, for å unngå at motstandstap er veldig høye. Det betyr fettledning (inkludert ledningen i solenoiden din, som står for det meste av ledningen i kretsen) og batterier med lav intern motstand. Du kan også bytte strøm for spenning, eller spenning for strøm, i utformingen av solenoiden din, som superkattens svar beskriver.

Kommentarer

• Takk for at du svarte på dette fra et ESR-synspunkt.For mange mennesker ser på batterier som ideelle spenningskilder, og savner viktige effekter av faktiske batterier, spesielt svært kompromitterte typer som vanlige 9V og myntceller.

Siden du ikke har spesifisert, antar jeg at du mener et kommersielt tilgjengelig 9V batteri. Et standard 9V batteri har en kapasitet på rundt 400-600 mAh. I de mest grunnleggende termer kan disse batteriene levere omtrent 500 milliampere i en time før de er «døde». Du kunne teoretisk tegne strømmen du leter etter, men til og med for flere 9V batterier parallelt (summerer kapasiteten ), vil du komme rundt 1-2 minutter fra hvert sett med batterier. Med standard forbruksbatterier er det ganske urealistisk og ganske ineffektivt. Jeg kan forestille meg at du sannsynligvis ikke vil bytte batterier hvert minutt .

Hvis størrelse og vekt ikke er store faktorer, vil jeg se på stor, høy kapasitet , hurtigutladede blybatterier. De kommer i 12V, som er i nærheten av det du leter etter, og kan levere hundre strømforsterkere i varierende tidsperioder (avhengig av hvor mye du bruk / hvilket batteri du får).

Kommentarer

• OP har ikke ‘ t sagt (ennå ) hva batteriet er, og derfor forutsetter svaret at det er en » standard » -type. Du kan ha riktig antagelse, men det kan du ikke.
• Utmerket poeng. Redigerte svaret mitt litt.

Designet til en solenoid er en avveining mellom å bruke mer svinger mot å bruke mer strøm. Jeg tviler virkelig på at en hvilken som helst liten magnet som er liten nok til at man realistisk kunne betjene den av et 9-volts batteri, ville oppnå optimal oppførsel med en så høy strøm som du foreslår. Effektivitet vil mest sannsynlig være bedre ved å bruke flere svinger.

Når det er sagt, vil den maksimale solenoidestrømmen som kan oppnås fra et 9-volts batteri oppnås ved å koble en kondensator parallelt med batteriet, og bruk deretter et par effektive brytere for å vekselvis koble solenoiden til batteriet og kortslutte den (man må unngå å ha begge bryterne stengt, og bør minimere tiden begge er åpne; bruk en flyback-diode for å trygt spre energi i løpet av «begge åpne» tid). For absolutt å maksimere solenoidestrømmen uten å ta hensyn til batterilevetiden, still inn forholdet mellom batteritid og «kortslutningstid» slik at batteriet trekkes ned til ca 4,5 volt. Dette vil trekke maksimal strøm ut av batteriet, selv om det vil føre til at batteriet kaster bort omtrent halvparten av energioppvarmingen selv. Å sette forholdet litt lavere, slik at det bare trekker batteriet ned til 6 volt, vil redusere spolestrømmen litt (med ca 12%), men forbedre batterilevetiden med 50%, siden bare en tredjedel av batteriets energi vil være bortkastet i selvoppvarming.

Bruk av et 9V batteri impleserer med ett, enkelt, 9V batteri.

Hvis dette ikke er en reell begrensning du jobber under, anbefaler jeg at du kobler flere serielt for å oppnå en høyere spenning. Hvis du bare kan bruke ett enkelt 9V batteri, anbefaler jeg å anskaffe en kondensator med høy kapasitans og lade den gjennom en strøm -begrensende krets, og deretter bytte den til å drive solenoiden din. Dette vil ikke gi en vedvarende effekt, men avhengig av krets og solenoid, bør det gi deg 600 N

Bruk to IMR høydrenerings litiumbatterier i serie. Størrelser 18650 til 26650 eller mer kan levere strøm så høyt som 60 ampere. Hvis spenningen er for lav (8.4) kan du bruke LiFePo-batterier f eller 9,6 volt, (3 ganger 3,2 volt).