Wie treibt man eine hohe Stromlast aus einer moderaten Stromquelle?

Wird es eine Kondensatorbank und ein Hochstromrelais tun?

Wenn Sie die induktive Last für den Moment ignorieren, da dies eine ganz andere Frage aufwirft, nehmen Sie einfach an, dass Sie 5 Sekunden lang 20 A bei 12 V liefern müssen. Die erforderliche Energie beträgt:

Lassen Sie uns eine schnelle Berechnung durchführen, um ein Gefühl für die Größe der Kondensatorbank zu bekommen, um diese Energie über 5 Sekunden zu liefern.

Angenommen, Sie haben eine Kondensatorbank, die auf 12 V aufgeladen ist, und Sie möchten 1200 J Energie liefern. Verstehen Sie, dass die Spannung über sinken muss, wenn sich die Kondensatorbank entlädt. Nehmen wir zum Beispiel an, dass die Kondensatorspannung während der Entladung von 12 V auf 11 V abfällt. Die Gleichung für die erforderliche Kapazität lautet:

Das ist eine enorme Kapazität, aber es gibt Ultrakondensatoren, die der Rechnung entsprechen.

Zum Beispiel ergeben zwei davon parallel 116F @ 16V, aber es kostet Sie etwa 300 US-Dollar. Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie ein Netzteil finden könnten, das die 20 A bei 12 V für erheblich weniger als das liefern kann.

Ich denke, Alfred Centauri hat die richtige Schlussfolgerung gezogen: Einfach eine besser geeignete Stromversorgung zu beschaffen, ist die wirtschaftlichste Option. Ich weiß jedoch nicht, dass die Berechnungen die ganze Geschichte erzählen. In der Tat ist es am einfachsten, einige Kondensatoren parallel zur Stromversorgung zu schalten:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Und es stimmt, Ihre transiente Last von 20 A bei 12 V für 5 Sekunden erfordert 1200 J Energie. Und wenn C1 = 104 F, dann können Sie diese 1200 J erhalten, indem Sie sie von 12 V auf 11 V entladen. Dabei werden jedoch einige Dinge übersehen:

• Im Laufe dieser 5s Belastung kann Ihr Netzteil 12V, 5A liefern$12V \cdot 5A \cdot 5s = 300J$von Energie. Das ist Energie, die Sie nicht in den Kondensatoren speichern müssen.
• Auch nach dem Entladen auf 11 V enthält der vorgeschlagene 104F-Kondensator noch$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2}104F(11V)^2 = 6292J$von gespeicherter Energie. Dies ist ziemlich verschwenderisch, da Sie nur 1200J benötigen.

Das Problem ist, dass Sie, um an die verbleibende gespeicherte Energie in den Kondensatoren zu gelangen, diese unter 11 V entladen müssen. Ihre Last, die 12 V benötigt, wird nicht glücklich sein.

Glücklicherweise gibt es eine Lösung: einen Aufwärtswandler . Auf diese Weise können Sie jede Spannung auf jede andere Spannung erhöhen, auf Kosten der Stromentnahme aus der Quelle (andernfalls würde keine Energie gespart). In unserem speziellen Fall würde es uns ermöglichen, die gesamte im Kondensator gespeicherte Energie zu erhalten, sie vollständig zu entladen und gleichzeitig konstante 12 V zu liefern.

Wenn wir jetzt (zur Vereinfachung) davon ausgehen, dass wir ideale Komponenten zur Verfügung haben, müssen wir nur Kondensatoren finden, die 1200 J Energie speichern können, abzüglich der 300 J, die das Netzteil liefern kann. Wir könnten dies mit einer kleinen Kapazität tun, die auf eine hohe Spannung geladen wird, oder einer großen Kapazität, die auf eine niedrige Spannung geladen wird, aber um unsere Ladeschaltung einfach zu halten, sagen wir, wir werden die Kondensatoren auf 12 V aufladen. Wie viel Kapazität brauchen wir?

Dies ist immer noch ein wirklich großer Kondensator. Und da wir von idealen Komponenten ausgegangen sind, benötigen wir tatsächlich mehr Energiespeicher, um Verluste auszugleichen. Und ein größeres Netzteil ist immer noch billiger als ein 13-F-, 12-V-Kondensator und ein Aufwärtswandler. Und ein größeres Netzteil ist einfacher, einfacher zu entwerfen und wahrscheinlich zuverlässiger. Dies wäre also wirklich nur eine praktikable Option, wenn Sie kein größeres Netzteil bekommen könnten, z. B. wenn Ihr Strom aus einer begrenzten Ressource wie Sonnenkollektoren usw. stammt.

Eine andere Möglichkeit wäre die Verwendung einer Batterie anstelle eines Kondensators. Es gibt viele Batterietypen, die geeignet sein könnten: Blei-Säure ist erschwinglich, aber sperrig, Li-Ion hat eine höhere Energiedichte, aber erheblich mehr Kosten und Komplexität in der Steuerelektronik. Aber dennoch, wenn Sie einfach ein größeres Netzteil bekommen können, ist das die wirtschaftlichste Option.

Um die anderen Antworten zu vereinfachen: Die Energie kommt letztendlich aus der Steckdose, die viel mehr Leistung liefern kann als die ~240 Watt, die Sie in Impulsen benötigen. (Eine Raumheizung hat 1500 Watt.) Verwenden Sie einen Spannungsregler, der ihn bei Bedarf von der Wand zur Last durchleiten kann, anstatt so viel Energie in einem Kondensator oder einer Batterie zu speichern. Es besteht keine Notwendigkeit, die Last an der Wandsteckdose mit gigantischen lokalen Energiespeichern zu glätten, es sei denn, Sie machen sich Gedanken über den Betrieb bei Stromausfällen oder die Überlastung sehr alter Kabel.