Как получить большой ток от батарейки на 9 вольт

Я планирую сделать соленоид … который должен быть настолько мощным, чтобы поднимать силу около 600 Н. Я думал об этом, и у меня есть сомнения. Как я могу получить постоянный ток до 20-30 А, используя батарею 9 В? Пожалуйста, предложите способ, которым я могу настроить их таким образом, чтобы обеспечить достаточный ток.

Другой вопрос, я подумал о повышении напряжения для большего тока. Будет ли это работать?


$ begingroup $

Аккумулятор 9 В имеет примерно запасенную энергию:

$$ require {cancel} frac {560 cancel {m} A cancel {h} cdot 9V} {1} frac {3600s} { cancel {h}} frac {1} {1000 cancel {m}} приблизительно 18144ВА приблизительно 18 кДж $$

Джоуль — это ватт-секунда или ньютон-метр. В самых идеальных условиях, с абсолютно эффективными машинами повсюду, в батарее 9 В достаточно накопленной энергии для приложения указанной вами силы 600 Н на расстоянии:

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

Предлагаемый вами соленоид, требующий, возможно, $ 25A $ при $ 9V $, потребляет электроэнергию со скоростью:

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

Применяя указанную вами силу $ 600N $ и учитывая эту мощность, мы можем вычислить скорость вашего соленоида, если он будет эффективен на 100%, может предоставить:

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

Итак, вы видите, даже если мы сможем извлечь все накопленная энергия батареи 9 В со 100% -ным КПД, ее не целая тонна. Зная, что ваш идеальный соленоид движется со скоростью $ 0,375 м/с $, и что у батареи достаточно энергии для его движения $ 30m $, время работы составит:

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

Или мы могли бы вычислить это из энергии батареи и мощности соленоида:

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

Но может хватит. Вопрос в том, как это сделать эффективно. Электрическая мощность в сопротивлении определяется по формуле:

$$ P = I ^ 2 R $$

Внутреннее сопротивление батареи 9 В может быть $ 1,5 Omega. $, в свежем виде. Он повышается по мере разряда батареи. Ваш соленоид, вероятно, как минимум другой $ 1 Omega $. Таким образом, при $ 25A $ только ваши резистивные потери будут:

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

Сравните это с мощностью, используемой идеальным соленоидом, рассмотренным выше ( $ 225W $), и вы увидите, что это абсурдно неэффективная система. Просто справиться с теплом от этих потерь будет непросто. Конечно, вы не можете получить это от батареи 9 В, потому что напряжение, потерянное на внутреннем сопротивлении при $ 25A $, составляет:

$$ 25A cdot 1.5 Omega = 37,5 В $$

… что больше, чем 9 В, обеспечиваемые батареей.

Помимо батареи или соленоида, передавая $ 225 Вт $ электроэнергии — это сама проблема. Поскольку мощность — это произведение напряжения и тока ( $ P = IE $), для перемещения большой мощности может потребоваться большой ток или высокое напряжение. Но даже провода имеют сопротивление, и поскольку мощность, теряемая на этом сопротивлении, пропорциональна квадрату тока, более практично передавать большие количества электроэнергии при высоком напряжении, чем при сильном токе. . Вот почему электрическая сеть передает энергию на большие расстояния при очень высоком напряжении.

Итак, если вы хотите переместить $ 225W $ на $ 9V $, вы должны поддерживать сопротивление очень низкий, чтобы избежать очень высоких резистивных потерь. Это означает толстый провод (включая провод в вашем соленоиде, который составляет большую часть провода в цепи) и батареи с низким внутренним сопротивлением. Вы также можете поменять ток на напряжение или напряжение на ток в конструкции вашего соленоида, как описано в ответе supercat.

$ endgroup $


$ begingroup $

Поскольку вы не указали, я предполагаю, что вы имеете в виду домашнее хозяйство, коммерчески в наличии батарея 9V. Стандартная батарея на 9 В имеет емкость около 400-600 мАч. Проще говоря, эти батареи могут выдавать около 500 миллиампер в течение одного часа, прежде чем разрядятся. Вы могли бы , теоретически, потреблять необходимый ток, но даже для нескольких батарей 9 В, подключенных параллельно (сумма емкости), у вас будет около 1-2 минут от каждого набора батареи. Со стандартными бытовыми батареями это довольно нереально и довольно неэффективно. Я могу представить, что вы, вероятно, не захотите менять батарейки каждую минуту .

Если размер и вес не имеют большого значения, я бы посмотрел на свинцово-кислотные батареи большой емкости с быстрым разрядом. Они имеют 12 В, что близко к тому, что вы ищете, и могут обеспечивать сотни ампер тока в течение разного времени (в зависимости от того, сколько вы тратите/какую батарею вы получите. ).

$ endgroup $


$ begingroup $

Конструкция соленоида — это компромисс между использованием большего количества витков и использованием большего тока. Я действительно сомневаюсь, что любой небольшой соленоид, который достаточно мал, чтобы его можно было реально эксплуатировать от 9-вольтовой батареи, достиг бы оптимального поведения при таком высоком токе, как вы предлагаете. Эффективность, скорее всего, будет лучше, если будет больше поворотов.

При этом максимальный ток соленоида, который может быть получен от 9-вольтовой батареи, можно получить, подключив конденсатор параллельно с батареей, а затем используя пару эффективных переключателей для поочередно подсоедините соленоид к батарее и закоротите его (следует избегать того, чтобы оба переключателя были замкнуты, и следует минимизировать время, в течение которого оба открыты; используйте обратный диод для безопасного рассеивания энергии в течение времени «оба открыты»). Чтобы максимально увеличить ток соленоида без учета срока службы батареи, установите отношение времени работы батареи к «времени короткого замыкания», чтобы напряжение батареи уменьшилось примерно до 4,5 вольт. Это потребляет максимальную мощность от батареи, даже если из-за этого батарея будет тратить около половины своей энергии на нагрев. Установка коэффициента немного ниже, чтобы он разряжал батарею только до 6 вольт, немного снизит ток катушки (примерно на 12%), но увеличит срок службы батареи на 50%, так как только треть энергии батареи будет потрачена впустую. самонагревающийся.

$ endgroup $


$ begingroup $

Использование батареи 9 В означает, что используется одна батарея на 9 В.

Если это не является реальным ограничением, с которым вы работаете, я рекомендую последовательно подключить несколько для достижения более высокого напряжения. Если вы можете использовать только одну батарею на 9 В, я рекомендую приобрести конденсатор большой емкости и зарядить его через цепь ограничения тока, а затем переключить его на питание вашего соленоида. Это не даст устойчивого выхода, но в зависимости от схемы и соленоида должно дать вам 600 Н

$ endgroup $


$ begingroup $

Используйте последовательно две литиевые батареи IMR с высоким энергопотреблением. Типоразмеры от 18650 до 26650 и более могут обеспечивать ток до 60 ампер. Если напряжение слишком низкое (8,4), вы можете использовать батареи LiFePo на 9,6 вольт (3 раза по 3,2 вольт).

$ endgroup $

Оцените статью
motary.ru
Добавить комментарий