Estoy planeando hacer un solenoide ... Lo cual debería ser tan poderoso como para levantar una fuerza de 600N. Lo he pensado, y tengo una duda. ¿Cómo puedo obtener corrientes de CC de hasta 20-30 A con una batería de 9 V? Por favor, sugiera una forma en que pueda configurarlos de una manera que ofrezca suficiente información actual.
Otra pregunta, pensé en aumentar el voltaje para una corriente más grande. ¿Funcionaría?
Una batería de 9V tiene aproximadamente una energía almacenada de:
$$ \ require {cancelar} \ frac {560 \ cancel {m} A \ cancel {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ cancel {h}} \ frac {1} {1000 \ cancelar {m}} \ aprox. 18144VAs \ aprox. 18 kJ $$
Un joule es un vatio-segundo, o un newton-metro. Bajo las condiciones más ideales, con máquinas perfectamente eficientes en todas partes, hay suficiente energía almacenada en una batería de 9V para aplicar su fuerza de 600N especificada sobre una distancia de:
$$ \ frac {18 \ cancel {k} \ cancel {J}} {1} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J}} \ frac {1} {600 \ cancelar {N}} \ frac {1000} {\ cancel {k}} = 30m $$
Su solenoide propuesto, que requiere quizás \ $ 25A \ $ a \ $ 9V \ $, consume energía eléctrica a la tasa de:
$$ 25A \ cdot 9V = 225W $$
Aplicando su fuerza \ $ 600N \ $ especificada, y dada esa potencia, podemos resolver la velocidad de su solenoide, si fuera 100% eficiente, podría proporcionar:
$$ \ frac {225 \ cancel {W}} {1} \ frac {\ cancel {J}} {\ cancel {W} s} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J}} \ frac {1} {600 \ cancelar {N}} = 0.375m / s $$
Así que ya ves, incluso si podemos extraer toda la energía almacenada de la batería de 9V con una eficiencia del 100%, no hay una tonelada completa. Sabiendo que su solenoide ideal se mueve a \ $ 0.375m / s \ $, y que la batería tiene suficiente energía para que se mueva \ $ 30m \ $, el tiempo de ejecución es:
$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0.375 \ cancel {m}} = 80s $$
O podríamos calcularlo a partir de la energía de la batería y del solenoide:
$$ \ frac {18000 \ cancel {W} s} {1} \ frac {1} {225 \ cancelar {W}} = 80s $$
Pero tal vez sea suficiente. La pregunta es cómo hacerlo de manera eficiente. La potencia eléctrica en una resistencia viene dada por:
$$ P = I ^ 2 R $$
La resistencia interna de una batería de 9V es quizás \ $ 1.5 \ Omega \ $, cuando está nueva. Sube a medida que la batería se agota. Su solenoide es probablemente al menos otro \ $ 1 \ Omega \ $. Entonces, en \ $ 25A \ $, solo sus pérdidas por resistencia serían:
$$ (25A) ^ 2 (1.5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562.5W $$
Compare esto con la potencia utilizada por el solenoide ideal considerado anteriormente (\ $ 225W \ $) y puede ver que este es un sistema absurdamente ineficiente. Solo lidiar con el calor de estas pérdidas será un desafío. Por supuesto, en realidad no se puede sacar esto de una batería de 9V, ya que la pérdida de voltaje sobre su resistencia interna en \ $ 25A \ $ es:
$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37.5V $$
... que es más que los 9V suministrados por la batería.
Además de la batería, o el solenoide, la transferencia de \ $ 225W \ $ de energía eléctrica es un problema en sí mismo. Debido a que la energía es el producto del voltaje y la corriente (\ $ P = IE \ $), para mover una gran cantidad de energía puede tener alta corriente o alto voltaje. Pero, incluso los cables tienen resistencia, y dado que la potencia perdida a esta resistencia es proporcional al cuadrado de la corriente, es más práctico mover grandes cantidades de energía eléctrica a alto voltaje que a una corriente alta. Esta es la razón por la que la empresa de servicios eléctricos transmite energía a largas distancias a muy alto voltaje.
Entonces, si desea mover \ $ 225W \ $ a \ $ 9V \ $, debe mantener la resistencia muy baja, para evitar que las pérdidas por resistencia sean muy altas. Eso significa cable grueso (incluido el cable en su solenoide, que representa la mayor parte del cable en el circuito) y baterías con baja resistencia interna. También puede intercambiar corriente por voltaje, o voltaje por corriente, en el diseño de su solenoide, como lo describe la respuesta del supercat.
Dado que no ha especificado, supongo que se refiere a una batería de 9V disponible en el hogar y disponible en el mercado. Una batería estándar de 9V tiene aproximadamente 400-600 mAh de capacidad. En los términos más básicos, estas baterías pueden suministrar aproximadamente 500 miliamperios durante una hora antes de estar "muertas". Usted podría , en teoría, dibujar la corriente que está buscando, pero incluso para varias baterías de 9V en paralelo (suma la capacidad), obtendría alrededor de 1-2 minutos de cada conjunto de baterías. Con las baterías de consumo estándar, eso es bastante poco realista y bastante ineficiente. Puedo imaginar que probablemente no quiera cambiar las baterías cada minuto .
Si el tamaño y el peso no son factores importantes, buscaría baterías de plomo ácido de gran capacidad y descarga rápida. Vienen en 12V, lo que está cerca de lo que está buscando, y puede suministrar cientos de amperios de corriente por diferentes períodos de tiempo (dependiendo de la cantidad que gaste / la batería que obtenga).
El diseño de un solenoide es una compensación entre usar más giros en lugar de usar más corriente. Realmente dudo que cualquier solenoide pequeño que sea lo suficientemente pequeño como para que se pueda operar de manera realista con una batería de 9 voltios lograría un comportamiento óptimo con una corriente tan alta como sugiera. Lo más probable es que la eficiencia sea mejor usando más turnos.
Dicho esto, la corriente máxima del solenoide que se puede obtener de una batería de 9 voltios se obtendría conectando un capacitor en paralelo con la batería, y luego usando un par de interruptores eficientes para conectar alternativamente el solenoide al Batería y cortocircuite (uno debe evitar tener ambos interruptores cerrados y debe minimizar el tiempo que ambos están abiertos; use un diodo de retorno para disipar la energía de manera segura durante el tiempo "ambos abiertos"). Para maximizar absolutamente la corriente del solenoide sin tener en cuenta la vida útil de la batería, establezca la relación entre el tiempo de la batería y el "tiempo de cortocircuito" para que la batería se reduzca a aproximadamente 4,5 voltios. Eso sacará la potencia máxima de la batería, aunque causará que la batería desperdicie aproximadamente la mitad de su energía calentándose. La configuración de la relación un poco más baja, por lo que solo reduce la batería a 6 voltios, reducirá la corriente de la bobina ligeramente (aproximadamente un 12%) pero mejorará la vida útil de la batería en un 50%, ya que solo se desperdiciará un tercio de la energía de la batería autocalentable.
Uso de una batería de 9V con una sola batería de 9V.
Si esa no es una restricción real con la que está trabajando, le recomiendo que conecte en serie varias para lograr un voltaje más alto. Si solo puede usar una sola batería de 9V, le recomiendo adquirir un capacitor de alta capacitancia y cargarlo a través de un circuito limitador de corriente, luego cambiarlo para alimentar su solenoide. Esto no dará una salida sostenida, pero dependiendo del circuito y el solenoide, debería darle 600 N
Use dos baterías de litio de alto drenaje IMR en serie. Los tamaños de 18650 a 26650 o más pueden entregar corrientes de hasta 60 amperios. Si el voltaje es demasiado bajo (8.4) puede usar baterías LiFePo para 9.6 voltios, (3 veces 3.2 voltios).
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