Усиление запуска двигателя конденсатором

Интересный вопрос.

Мы можем получить приблизительную оценку. Наряду с напряжением U вам необходимо знать ожидаемый ток I запуска двигателя и ожидаемое время dt запуска двигателя. Это скажет вам, какой ток должен подавать колпачок в течение долгого времени и, следовательно, насколько большим должен быть колпачок. Поскольку вы не указываете характеристики своего двигателя, я нашел случайный двигатель здесь: http://www.pololu.com/product/1574 .

Там написано 6В, ток останова 6А, рабочий ток 450мА. Так что для моего мотора U =6V. Честно говоря, я не знаю, потребляют ли двигатели больше, чем ток останова при запуске, но я думаю, что ток останова дает хорошую оценку верхней границы тока, который вам понадобится. Итак, мы скажем, что я = 6А.

Вам также необходимо знать, сколько времени требуется двигателю, чтобы разогнаться. Это будет зависеть от приложения, но скажем, 1 секунду, чтобы не усложнять.

Теперь давайте предположим на мгновение, что батарея имеет такое внутреннее сопротивление, что она обеспечивает незначительный ток во время запуска, то есть мы запускаем двигатель только на конденсаторе. Это абсолютно наихудший сценарий (т. е. сценарий с самым большим конденсатором); очевидно, что батарея будет обеспечивать не менее 450 мА (опять же, при условии моего двигателя), иначе ваша батарея не будет использовать двигатель на полную мощность после его запуска.

Наконец, мы должны учитывать тот факт, что мы немного разряжаемся. По моему ограниченному опыту работы с двигателями, если вы снижаете их напряжение, вы не всегда получаете от них пропорциональный крутящий момент. Кроме того, если напряжение на конденсаторе упадет слишком низко, рано или поздно батарея (даже с ее более высоким внутренним сопротивлением) перегрузит конденсатор. Итак, допустим, что во время запуска конденсатор теряет только 10% своего напряжения; мы назовем эту пропорцию p .

Итак, у нас есть:

U = 6В

я =6А

дт = 1с

р = 0,1

Теперь мы сделаем (в основном ложное) предположение, что ток постоянен во времени, а напряжение изменяется линейно, чтобы избежать вычислений. Я попытался структурировать свои предположения, чтобы переоценить размер конденсатора, который нам в любом случае понадобится, поэтому у нас все должно получиться. Тогда по формуле емкости I = CdU / dt , где изменение напряжения dU = pU =600мВ. Так

C = Idt /( pU )=(6A)(1s)/600мВ=10F.

Угу. Вы можете получить один из них: https://www.sparkfun.com/products/746 , в техническом описании сказано, что он может работать на 3 А, но рассчитан на 1750 мА (я думаю, что это мА, во всяком случае). Приведенный выше совет о толстых дорожках, безусловно, является хорошей идеей, и я думаю, что я, по крайней мере, проверил бы внутреннее сопротивление этой крышки, включив ее последовательно с резистором 1 Ом и амперметром в сильноточной цепи (резистор 1 Ом на случай, если я ошибаюсь насчет тока). Я беспокоюсь о шортах.

В этот момент я должен сообщить вам, что я не знал ответа до того, как начал, поэтому я не был уверен, что получу; может быть, я не должен был стрелять по верхней границе. Я бы порекомендовал вам подставить числа вашего двигателя в это уравнение и повозиться с ним; ваш двигатель 3,6 В почти наверняка не будет потреблять 6 А, что является хорошей новостью для вашего конденсатора.

В качестве «упражнения для читателя» вы также можете получить оценку, вычислив количество энергии, хранящейся в конденсаторе (1/2 CU ^ 2), а затем вычислив кинетическую энергию вашего автомобиля на полной скорости (1/2 мВ ^ 2), а затем выяснить, какой большой конденсатор вам нужен, чтобы разогнать автомобиль до полной скорости. Для этого вам нужно иметь в виду, что двигатель преобразует энергию только с определенной эффективностью (60% для дешевого двигателя 3,6 В?), и конденсатор, вероятно, не разрядится полностью из-за батареи и из-за того, что двигатель может быть неэффективен при низком напряжении. Вы получите совершенно другой ответ, но многое можно узнать, сравнив эти две оценки и лежащие в их основе предположения.