Jak uzyskać duży prąd z akumulatorów 9-woltowych

Bateria 9 V ma w przybliżeniu zmagazynowaną energię wynoszącą w przybliżeniu:

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

dżul to watosekunda lub niutonometr. W najbardziej idealnych warunkach, przy doskonale wydajnych maszynach w każdym miejscu, bateria 9 V zgromadziła wystarczającą ilość energii, aby przyłożyć określoną siłę 600 N na odległość:

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

Proponowany przez Ciebie elektromagnes, wymagający być może \ 25A \ $ przy \ 9V \ $, zużywa energię elektryczną w tempie:

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

Przyłożenie określonej siły \ $ 600N \ $ i biorąc pod uwagę tę moc, możemy obliczyć prędkość, jaką mogłaby zapewnić twoja solenoid, gdyby był w 100% sprawny:

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

Więc widzisz, nawet jeśli możemy wydobyć całą energię zgromadzoną w baterii 9 V ze 100% wydajnością, nie ma całej jego tony. Wiedząc, że twój idealny solenoid porusza się z prędkością \ $ 0,375 m / s \ $ i że bateria ma wystarczająco dużo energii, aby się poruszać \ $ 30m \ $, czas działania wynosi:

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

Lub możemy to obliczyć na podstawie energii akumulatora i mocy elektromagnesu:

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

Ale może to wystarczy. Pytanie brzmi, jak to zrobić efektywnie. Moc elektryczna w rezystancji jest wyrażona wzorem:

$$ P = I ^ 2 R $$

Wewnętrzna rezystancja baterii 9 V może wynosić \ $ 1,5 \ Omega \ $, kiedy świeży. Podnosi się, gdy bateria się wyczerpuje. Twój solenoid to prawdopodobnie co najmniej kolejny \ $ 1 \ Omega \ $. Zatem przy \ $ 25A \ $ same straty rezystancyjne wyniosłyby:

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

Porównaj to z mocą używaną przez idealny solenoid rozważany powyżej (\ $ 225W \ $) i widać, że jest to absurdalnie nieefektywny system. Samo radzenie sobie z ciepłem wynikającym z tych strat będzie wyzwaniem. Oczywiście nie można tego uzyskać z baterii 9 V, ponieważ napięcie utracone na jego wewnętrznej rezystancji przy \ $ 25A \ $ wynosi:

$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37,5V $$

… czyli więcej niż 9 V dostarczane przez akumulator.

Oprócz akumulatora lub solenoidu problem stanowi przesyłanie \ $ 225W \ $ energii elektrycznej Ponieważ moc jest iloczynem napięcia i prądu (\ $ P = IE \ $), aby przenieść dużo mocy, możesz mieć duży prąd lub wysokie napięcie. Ale nawet przewody mają opór, a ponieważ moc jest tracona opór jest proporcjonalny do kwadratu prądu, bardziej praktyczne jest przenoszenie dużych ilości energii elektrycznej przy wysokim napięciu niż przy dużym prądzie. Właśnie dlatego zakład energetyczny przesyła moc na duże odległości przy bardzo wysokim napięciu.

Więc jeśli chcesz przenieść \ 225W \ $ przy \ 9V \ $, musisz utrzymywać rezystancję na bardzo niskim poziomie, aby uniknąć strat rezystancyjnych, które są bardzo wysokie. Oznacza to gruby przewód (w tym przewód w solenoidzie, który stanowi większość przewodu w obwodzie) i akumulatory o niskim oporze wewnętrznym. Możesz także zamienić prąd na napięcie lub napięcie na prąd w projekcie solenoidu, jak opisuje odpowiedź supercat.

Komentarze

• Dziękuję za odpowiedź z punktu widzenia ESR.Zbyt wiele osób traktuje baterie jako idealne źródła napięcia i pomija ważne efekty rzeczywistych baterii, szczególnie bardzo narażone typy, takie jak popularne 9 V i ogniwa pastylkowe.

Ponieważ nie zostało to sprecyzowane, zakładam, że masz na myśli ogólnodostępną baterię 9V dostępną w handlu. Standardowa bateria 9V ma pojemność około 400-600 mAh. Mówiąc najprościej, baterie te mogą dostarczać około 500 miliamperów przez jedną godzinę, zanim ulegną „zużyciu”. Możesz teoretycznie pobierać prąd, którego szukasz, ale nawet dla kilku baterii 9 V równolegle (sumuje pojemność ), zużywałbyś około 1-2 minut z każdego zestawu baterii. W przypadku standardowych baterii konsumenckich jest to dość nierealne i mało wydajne. Mogę sobie wyobrazić, że prawdopodobnie nie chcesz wymieniać baterii co minutę .

Jeśli rozmiar i waga nie są dużymi czynnikami, przyjrzałbym się dużej, dużej pojemności , szybko rozładowujące się akumulatory kwasowo-ołowiowe. Są dostępne w 12 V, czyli zbliżonym do tego, czego szukasz, i mogą dostarczać setki prądu przez różny czas (w zależności od tego, ile wydać / jaką baterię otrzymujesz).

Komentarze

• OP nie ' nie powiedział (jeszcze ) czym jest bateria i dlatego Twoja odpowiedź zakłada, że jest to ” standardowy ” typ. Możesz mieć rację w swoich przypuszczeniach, ale możesz nie.
• Doskonała uwaga. Zmodyfikowałem trochę moją odpowiedź.

Projekt solenoidu to kompromis pomiędzy użyciem większej ilości skręty w porównaniu z użyciem większego prądu Naprawdę wątpię, czy jakikolwiek mały elektrozawór, który jest na tyle mały, że można go realistycznie obsługiwać z baterii 9-woltowej, osiągnąłby optymalne zachowanie przy tak wysokim prądzie, jak sugerujesz. Wydajność najprawdopodobniej byłaby lepsza przy większej liczbie zwojów.

Jak już powiedziano, maksymalny prąd solenoidu, jaki można uzyskać z akumulatora 9-woltowego, zostałby uzyskany poprzez podłączenie kondensatora równolegle do akumulatora, oraz następnie za pomocą kilku wydajnych przełączników, aby naprzemiennie podłączyć elektromagnes do akumulatora i zwierać go (należy unikać zamykania obu przełączników i minimalizować czas, w którym oba są otwarte; użyj diody flyback, aby bezpiecznie rozpraszać energię podczas czas „otwarcia obu”). Aby całkowicie zmaksymalizować prąd solenoidu bez względu na żywotność baterii, ustaw stosunek czasu pracy baterii do „czasu zwarcia”, tak aby bateria była pobierana do około 4,5 wolta. Spowoduje to wyciągnięcie maksymalnej mocy z baterii, nawet jeśli spowoduje to, że bateria straci około połowy swojej energii, nagrzewając się. Ustawienie współczynnika nieco niższego, aby pobierał baterię tylko do 6 woltów, zmniejszy nieznacznie prąd cewki (o około 12%), ale poprawi żywotność baterii o 50%, ponieważ tylko jedna trzecia energii baterii będzie marnuje się podczas samonagrzewania.

Korzystanie z baterii 9 V oznacza użycie jednej, pojedynczej baterii 9 V.

Jeśli to nie jest prawdziwe ograniczenie, przy którym pracujesz, polecam szeregowe podłączenie kilku, aby uzyskać wyższe napięcie.Jeśli możesz użyć tylko jednej baterii 9 V, polecam zakup kondensatora o dużej pojemności i ładowanie go prądem -obwód ograniczający, a następnie przełączając go na zasilanie solenoidu. Nie zapewni to stałego wyjścia, ale w zależności od obwodu i solenoidu powinno dać ci 600 N

Zastosuj szeregowo dwie baterie litowe IMR o wysokim poborze mocy. Rozmiary od 18650 do 26650 lub większe mogą dostarczać prądy nawet do 60 A. Jeśli napięcie jest zbyt niskie (8,4), możesz użyć akumulatorów LiFePo f lub 9,6 V (3 razy 3,2 V).