Cum să obțin curent mare de la baterii de 9 volți

O baterie de 9V are aproximativ o energie stocată de:

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

Un joule este un watt-secundă sau un newton-metru. În cele mai ideale condiții, cu mașini perfect eficiente peste tot, există suficientă energie stocată într-o baterie de 9V pentru a aplica forța specificată de 600N pe o distanță de:

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

Solenoidul dvs. propus, care necesită poate \ $ 25A \ $ la \ $ 9V \ $, consumă energie electrică la o rată de:

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

Aplicând forța specificată \ $ 600N \ $ și având în vedere această putere, putem rezolva viteza solenoidului dvs., dacă ar fi 100% eficientă, ar putea furniza:

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

Deci vedeți, chiar dacă putem extrage toată energia stocată a bateriei de 9V cu o eficiență de 100%, Nu există o tonă întreagă. Știind că solenoidul ideal se deplasează la $ 0.375m / s \ $ și că bateria are suficientă energie pentru a se deplasa \ $ 30m \ $, timpul de rulare este:

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

Sau l-am putea calcula din energia bateriei și puterea solenoidului:

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

Dar poate că este suficient. Întrebarea este cum să o faci eficient. Puterea electrică într-o rezistență este dată de:

$$ P = I ^ 2 R $$

Rezistența internă a unei baterii de 9V este poate \ 1,5 $ \ Omega \ $, când proaspăt. Se ridică pe măsură ce bateria se descarcă. Solenoidul dvs. este probabil cel puțin un alt \ $ 1 \ Omega \ $. Deci, la \ $ 25A \ $, pierderile rezistive numai ar fi:

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

Comparați acest lucru cu puterea utilizată de solenoidul ideal considerat mai sus (\ $ 225W \ $) și puteți vedea că acesta este un sistem absurd de ineficient. Abordarea cu căldura din aceste pierderi va fi o provocare. Desigur, nu puteți scoate acest lucru dintr-o baterie de 9V, deoarece tensiunea pierdută peste rezistența sa internă la \ $ 25A \ $ este:

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

… care este mai mult decât 9V furnizat de baterie.

Pe lângă baterie sau solenoid, transferul de \ $ 225W \ $ de energie electrică este o problemă Întrucât puterea este produsul tensiunii și curentului (\ $ P = IE \ $), pentru a muta multă putere puteți avea curent ridicat sau tensiune ridicată. Dar chiar și firele au rezistență și, din moment ce puterea a fost pierdută rezistența este proporțională cu pătratul de curent, este mai practic să deplasați cantități mari de energie electrică la tensiune ridicată decât la curent mare. Acesta este motivul pentru care utilitatea electrică transmite energie pe distanțe lungi la o tensiune foarte mare.

Deci, dacă doriți să mutați $ 225W \ $ la \ $ 9V \ $, trebuie să mențineți rezistența foarte mică, pentru a evita pierderile rezistive să fie foarte mari. Asta înseamnă sârmă grasă (inclusiv firul din solenoidul dvs., care reprezintă cea mai mare parte a firului din circuit) și baterii cu rezistență internă scăzută. De asemenea, puteți schimba curentul pentru tensiune sau tensiunea pentru curent, în proiectarea solenoidului, așa cum descrie răspunsul supercat.

Comentarii

• Vă mulțumim că ați răspuns la acest lucru din punct de vedere ESR.Prea mulți oameni consideră bateriile ca surse de tensiune ideale și pierd efectele importante ale bateriilor reale, în special tipurile extrem de compromise, cum ar fi celulele comune de 9V și monedele.

Din moment ce nu ați specificat, aș presupune că vă referiți la o baterie de 9V de uz casnic, disponibilă comercial. O baterie standard de 9V are o capacitate de aproximativ 400-600 mAh. În termeni de bază, aceste baterii pot furniza aproximativ 500 miliamperi timp de o oră înainte de a fi „epuizate”. ați putea , teoretic, să atrageți curentul pe care îl căutați, dar chiar și pentru mai multe baterii de 9V în paralel (însumează capacitatea ), ați primi aproximativ 1-2 minute de la fiecare set de baterii. Cu bateriile standard de consum, este destul de nerealist și destul de ineficient. Îmi imaginez că probabil nu doriți să schimbați bateriile la fiecare minut .

Dacă dimensiunea și greutatea nu sunt factori uriași, aș privi capacitatea mare și mare , baterii cu plumb acid cu descărcare rapidă. Acestea vin în 12V, care este aproape de ceea ce căutați și pot furniza sute de amperi de curent pentru perioade diferite de timp (în funcție de cât de mult cheltuiți / ce baterie obțineți).

Comentarii

• OP nu a spus ‘ (încă ) ce este bateria și, prin urmare, răspunsul dvs. presupune că este un tip ” standard „. Este posibil să fiți corect în presupunerea dvs., dar nu este posibil.
• Punct excelent. Am modificat puțin răspunsul meu.

Proiectarea unui solenoid este un compromis între utilizarea mai multor se transformă versus folosind mai mult curent. Mă îndoiesc cu adevărat că orice solenoid mic, suficient de mic încât să-l poată opera în mod realist de pe o baterie de 9 volți, va avea un comportament optim cu un curent la fel de mare pe cât sugerezi. Eficiența ar fi cel mai probabil mai bună folosind mai multe viraje.

Acestea fiind spuse, curentul maxim de solenoid care poate fi obținut de la o baterie de 9 volți ar fi obținut prin conectarea unui condensator în paralel cu bateria și apoi folosiți câteva comutatoare eficiente pentru a conecta alternativ solenoidul la baterie și a-l scurtcircuita (trebuie să evitați ca ambele comutatoare să fie închise și ar trebui să minimizați timpul în care ambele sunt deschise; utilizați o diodă flyback pentru a disipa în siguranță energia în timpul timpul „ambelor deschise”). Pentru a maximiza în mod absolut curentul solenoid, fără a ține cont de durata de viață a bateriei, setați raportul dintre durata bateriei și „timpul de scurtcircuitare”, astfel încât bateria să fie redusă la aproximativ 4,5 volți. Acest lucru va extrage puterea maximă din baterie, chiar dacă va face ca bateria să irosească aproximativ jumătate din energia sa încălzindu-se. Setarea raportului puțin mai redusă, astfel încât să atragă bateria doar la 6 volți, va reduce curentul bobinei puțin (cu aproximativ 12%), dar va îmbunătăți durata de viață a bateriei cu 50%, deoarece doar o treime din energia irosit în autoîncălzire.

Utilizarea unei baterii de 9V implică utilizarea unei singure baterii de 9V.

Dacă aceasta nu este o constrângere reală la care lucrați, vă recomand să conectați în serie mai multe pentru a obține o tensiune mai mare. Dacă puteți utiliza o singură baterie de 9V, vă recomand să achiziționați un condensator de mare capacitate și să îl încărcați printr-un curent. -circuit limitativ, apoi comutați-l la alimentarea solenoidului. Acest lucru nu va da o ieșire susținută, dar în funcție de circuit și solenoid, ar trebui să vă ofere 600 N

Utilizați două baterii litiu IMR cu scurgere ridicată în serie. Dimensiunile 18650 – 26650 sau mai mult pot furniza curenți de până la 60 amperi. Dacă tensiunea este prea mică (8,4), puteți utiliza baterii LiFePo f sau 9,6 volți, (de 3 ori 3,2 volți).