Hoe krijg ik een hoge stroomsterkte uit 9 volt batterijen

Een 9V-batterij heeft ongeveer een opgeslagen energie van:

$$ \ vereisen {annuleren} \ frac {560 \ annuleren {m} A \ annuleren {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ annuleer {h}} \ frac {1} {1000 \ annuleer {m}} \ circa 18144VAs \ circa 18 kJ $$

Een joule is een watt-seconde of een newtonmeter. Onder de meest ideale omstandigheden, met overal perfect efficiënte machines, is er voldoende energie opgeslagen in een 9V-batterij om de door u gespecificeerde 600N-kracht uit te oefenen over een afstand van:

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

Uw voorgestelde solenoïde, die misschien \ $ 25A \ $ bij \ $ 9V \ $ nodig heeft, verbruikt elektrisch vermogen met een snelheid van:

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

Door de door u gespecificeerde kracht van \ $ 600N \ $ toe te passen, en gezien dat vermogen, kunnen we de snelheid van uw solenoïde oplossen, indien deze 100% efficiënt was, zou kunnen zorgen voor:

$$ \ frac {225 \ annuleer {W}} {1} \ frac {\ annuleer {J}} {\ annuleer {W} s} \ frac {\ annuleer {N} m} {\ annuleer {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0.375m / s $$

Dus je ziet het, zelfs als we alle opgeslagen energie uit de 9V-batterij kunnen halen met 100% efficiëntie, er is niet een hele hoop. Wetende dat je ideale solenoïde beweegt met \ $ 0,375 m / s \ $, en dat de batterij genoeg energie heeft om \ $ 30m \ $ te verplaatsen, looptijd is:

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

Of we konden het berekenen op basis van de batterij-energie en het solenoïde vermogen:

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

Maar misschien is het genoeg. De vraag is hoe je dat efficiënt kunt doen. Elektrisch vermogen in een weerstand wordt gegeven door:

$$ P = I ^ 2 R $$

De interne weerstand van een 9V-batterij is misschien \ $ 1.5 \ Omega \ $, wanneer vers. Het gaat omhoog naarmate de batterij leegloopt. Uw solenoïde is waarschijnlijk op zijn minst een andere \ $ 1 \ Omega \ $. Dus bij \ $ 25A \ $ zijn uw weerstandsverliezen alleen:

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

Vergelijk dit met het vermogen dat wordt gebruikt door de hierboven beschouwde ideale solenoïde (\ $ 225W \ $) en je kunt zien dat dit een absurd inefficiënt systeem is. Alleen al het omgaan met de hitte van deze verliezen zal een uitdaging zijn. Dit kun je natuurlijk niet echt uit een 9V-batterij halen, want de spanning die verloren gaat door de interne weerstand bij \ $ 25A \ $ is:

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

… wat meer is dan de 9V die door de batterij wordt geleverd.

Naast de batterij of de solenoïde is het overbrengen van \ $ 225W \ $ aan elektrisch vermogen een probleem zelf. Omdat stroom het product is van spanning en stroom (\ $ P = IE \ $), kun je een hoge stroom of hoge spanning gebruiken om veel stroom te verplaatsen. Maar zelfs draden hebben weerstand, en aangezien stroom verloren gaat weerstand is evenredig met het kwadraat van de stroom, het is praktischer om grote hoeveelheden elektrisch vermogen te verplaatsen bij hoge spanning dan bij hoge stroom. Dit is de reden waarom het elektriciteitsbedrijf vermogen over lange afstanden met zeer hoge spanning verzendt.

Dus als je \ $ 225W \ $ wilt verplaatsen naar \ $ 9V \ $, moet je de weerstand erg laag houden, om te voorkomen dat resistieve verliezen erg hoog worden. Dat betekent dikke draad (inclusief de draad in uw solenoïde, die het grootste deel van de draad in het circuit vormt) en batterijen met een lage interne weerstand. Je kunt ook stroom ruilen voor spanning, of spanning voor stroom, in het ontwerp van je solenoïde, zoals het antwoord van supercat beschrijft.

Opmerkingen

• Bedankt voor het beantwoorden van dit vanuit een ESR-standpunt.Te veel mensen beschouwen batterijen als ideale spanningsbronnen en missen belangrijke effecten van echte batterijen, met name sterk gecompromitteerde typen zoals de gewone 9V en knoopcelbatterijen.

Aangezien u “niet hebt gespecificeerd,” neem ik aan dat u een huishoudelijke, in de handel verkrijgbare 9V-batterij bedoelt. Een standaard 9V-batterij heeft een capaciteit van ongeveer 400-600 mAh. In de meest basale termen kunnen deze batterijen ongeveer 500 milliampère leveren gedurende een uur voordat ze “leeg” zijn. U zou , in theorie, de stroom kunnen trekken waarnaar u op zoek bent, maar zelfs voor meerdere 9V-batterijen parallel (somt de capaciteit ), krijg je ongeveer 1-2 minuten uit elke set batterijen. Met standaard consumentenbatterijen is dat vrij onrealistisch en behoorlijk inefficiënt. Ik kan me voorstellen dat u waarschijnlijk niet elke minuut de batterijen wilt vervangen.

Als grootte en gewicht geen grote factoren zijn, zou ik kijken naar grote, hoge capaciteit , snel ontladende loodzuurbatterijen. Ze worden geleverd in 12 V, wat bijna overeenkomt met wat u zoekt, en kan honderden ampère stroom leveren gedurende een verschillende tijdsduur (afhankelijk van hoeveel u uitgaven / welke batterij je krijgt).

Reacties

• Het OP heeft geen ‘ t gezegd (nog ) wat de batterij is en daarom veronderstelt uw antwoord dat het een ” standaard ” type is. Misschien heb je gelijk in je aanname, maar misschien niet.
• Uitstekend punt. Bewerkte mijn antwoord een beetje.

Het ontwerp van een solenoïde is een afweging tussen het gebruik van meer bochten versus meer stroom gebruiken. Ik betwijfel echt of elke kleine solenoïde die klein genoeg is om hem realistisch te laten werken op een 9-volt batterij, optimaal gedrag zou bereiken met een stroom die zo hoog is als je suggereert. De efficiëntie zou hoogstwaarschijnlijk beter zijn met meer beurten.

Dat gezegd hebbende, zou de maximale solenoïdestroom die kan worden verkregen uit een 9-volt batterij worden verkregen door een condensator parallel aan de batterij te schakelen, en gebruik vervolgens een paar efficiënte schakelaars om de solenoïde afwisselend met de batterij te verbinden en kort te sluiten (men moet voorkomen dat beide schakelaars ooit gesloten zijn en moet de tijd dat beide open zijn tot een minimum beperken; gebruik een terugslagdiode om energie veilig af te voeren tijdens de “beide open” tijd). Om de solenoïdestroom absoluut te maximaliseren zonder rekening te houden met de levensduur van de batterij, stelt u de verhouding tussen batterijtijd en “kortsluittijd” zo in dat de batterij wordt afgenomen tot ongeveer 4,5 volt. Dat zal het maximale vermogen uit de batterij halen, ook al zal de batterij ongeveer de helft van zijn energie verspillen door zelf te verwarmen. Door de verhouding iets lager in te stellen, zodat de batterij slechts tot 6 volt wordt aangetrokken, wordt de spoelstroom iets verlaagd (met ongeveer 12%), maar de levensduur van de batterij met 50% verbeterd, aangezien slechts een derde van de energie van de batterij zal worden verbruikt. verspild aan zelfopwarming.

Bij gebruik van een 9V-batterij wordt één enkele 9V-batterij gebruikt.

Als dat geen echte beperking is waaraan u werkt, raad ik aan om er meerdere serieel aan te sluiten om een hogere spanning te bereiken. Als u slechts één enkele 9V-batterij kunt gebruiken, raad ik aan een condensator met hoge capaciteit aan te schaffen en deze op te laden via een stroom -beperkende schakeling, en deze vervolgens om te schakelen om uw solenoïde van stroom te voorzien. Dit geeft geen aanhoudende output, maar afhankelijk van circuit en solenoïde zou het u 600 N moeten geven.

Gebruik twee IMR lithiumbatterijen met hoog energieverbruik in serie. Maten 18650 tot 26650 of meer kunnen stromen tot 60 ampère leveren. Als de spanning te laag is (8.4), kunt u LiFePo-batterijen gebruiken of 9,6 volt, (3 keer 3,2 volt).