Dlaczego urządzenia i narzędzia zasilane z baterii są podawane w woltach? [Zamknięte]

„Zasilany ssaniem 18 woltów”

Czy to nie jest po prostu nonsensowna miara „większy jest lepszy”?

To, na czym tak naprawdę zależy ci jako klient, to moment obrotowy lub moc silnika, obroty silnika lub coś takiego.

Czy istnieje bezpośredni związek między napięciem zasilania a jedną z tych miar wydajności silnika lub żywotności baterii? Nie wydaje mi się to, ponieważ każdy silnik jest inny, może mieć inną liczbę zwojów, inną liczbę cewek itp.

W przypadku silników Moc jest proporcjonalna do momentu obrotowego razy prędkości obrotowej. Tak więc dla danej prędkości obrotowej i momentu obrotowego urządzenie wytwarza określoną moc.

Aby zwiększyć ilość mocy, istnieją dwie opcje. Generuj ten sam moment obrotowy przy wyższej prędkości lub zwiększ moment obrotowy przy danej prędkości.

W przypadku wiertarki akumulatorowej prędkość jest zwykle zmienna i zależy od zastosowania. Na przykład wysoka prędkość dla stali, niższa prędkość dla muru i ponownie niższa prędkość dla szerokich otworów „wierteł” w drewnie.

Ok, aby zwiększyć moc wiertarki akumulatorowej, nie zmienisz prędkości, ponieważ wiertarka musi dostarczać moc przy różnych prędkościach.

Dwa inne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, w silniku prądu stałego napięcie jest proporcjonalne do prędkości, a prąd proporcjonalny do momentu obrotowego.

Ale wszystko, co robią projektanci, to zwiększenie napięcia zestawu. dla danej rezystancji cewki w silniku prądu stałego zwiększenie napięcia na cewce również zwiększa prąd, a zatem dostarczany moment obrotowy.

Zwiększenie napięcia to sposób, w jaki projektanci mogą zwiększyć moment obrotowy, a tym samym moc, z której mogą korzystać użytkownicy końcowi! Im więcej woltów, tym lepiej! aż do punktu, ponieważ więcej woltów oznacza więcej ogniw, a więcej ogniw oznacza większą wagę, większa waga oznacza większe zmęczenie użytkownika. Dlatego mają one tendencję do równoważenia się w chwili obecnej od 14,4 V DC do 18 V DC dla typowej wiertarko-wkrętarki akumulatorowej.

Jest to nonsensowne i nie mówi nic o mocy narzędzia. Można by pomyśleć, że używają napięcia, ponieważ ma bardziej imponujące liczby, ale widziałem urządzenia (odkurzacze), które wspominały dużymi cyframi „2,4 V”, więc to wcale nie wygląda imponująco. Jedynym innym powodem, o którym myślę, jest to, że ludzie mogą być bardziej zaznajomieni ze słowem „volt” niż słowem „wat” (nie sugerując, że będą wiedzieli, co to znaczy).

edytuj
Myślę, że wiele odpowiedzi jest poza pytaniem. Pytanie, jakie zadano: „Dlaczego podano je w woltach?” , nie dlatego używają wysokich napięć. Zostało to omówione w przeszłości w co najmniej jednym pytaniu (którego obecnie nie mogę znaleźć). To pytanie dotyczy IMO:

i to nonsensowne! Nic nie mówi o możliwościach śmietnika. Mój z dumą mówi „2,4 V” i nie mogę uwierzyć, że ma 9 razy większą moc ssania niż moja. Gdyby tak było, byłby w stanie tworzyć czarne dziury. Mój był tani, a IMO Black & Decker wypuścił go, aby mieć referencje dla swoich innych śmieci. 3,6 V jest lepsze niż 2,4 V, więc możemy poprosić o wyższą cenę. Ci marketingowcy nie są idiotami. Zapytaj Jane Doe, która jest najsilniejsza, a ona powie, która ma najwyższe napięcie. Chcesz się założyć?

Wzrost napięcia baterii w urządzeniach przenośnych jest częściowo spowodowany praktycznością, a częściowo marketingiem, ale w ostatnim dziesięcioleciu marketing był zdecydowanie głównym czynnikiem.

„Mocne” urządzenie zasilane bateryjnie (wiertła są prawdopodobnie najczęściej, ale nie najbardziej energochłonne) mogą mieć moc znamionową równą 100 watów.

Weźmy 100 Watów jako przykład:
Przy 100 W 12 V ~ = 8 A, 16 V ~ = 6 A, 24 V ~ = 4 A, 36 V ~ = 3 A.
Straty w okablowaniu i połączeniach wynikają głównie ze strat ciepła = I ^ R.
Dla takich samych strat rezystancji dla 12/16/24/36 woltów byłyby w proporcjach
64/36/16/9, więc układ 36 V może teoretycznie mieć 9/64 ~ = 14% strat w układzie 12V.
Tak więc w praktyce, gdy prąd spada wraz ze wzrostem napięcia, uzyskujesz mniejsze straty przy tej samej rezystancji lub możesz tolerować nieco większy opór i nadal być daleko w tyle.

W układzie 12 V 8 A rezystancja obwodu 1 om rozproszy I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 waty - więc jest to 64% całkowitej mocy, więc byłoby to nie do zniesienia. Lepiej byłoby coś więcej jak 0,1 Ohm = 6,4%. Niezwykle łatwo jest dodać 0,1 oma w okablowaniu i połączeniach, więc układ 100 W 12 V staje się irytująco trudny do zbudowania. Nawet system 18 V z 2/3 prądu = 4/9 = 44% strat jest pożytecznie lepszy.

JEDNAK więcej napięcia wymaga więcej ogniw akumulatora, a przestrzeń wymagana na połączenia, dodatkowa strata połączeń i utrata efektywnej dostępnej objętości z powodu efektu kwadratu * oznacza, że ​​powyżej pewnego napięcia dodatkowe straty zaczynają kompensować zyski. Marketingu to nie obchodzi, a inżynierowie i marketerzy będą musieli za kulisami dojść do ostatecznego wyniku.

Czynnikiem ułatwiającym wyższe napięcia jest zastosowanie ogniw LiIon. Mają one napięcie nominalne, powiedzmy 3,6 V / ogniwo, które jest około 3 razy większe niż NiCd lub NimH, więc 10-ogniwowy akumulator NimH będzie miał napięcie znamionowe 12 V, ale 10-ogniwowy LiIon o tym samym rozmiarze będzie miał napięcie nominalne 36 V.

Najwyższej jakości / jakości / kosztów elektronarzędzia, takie jak De Walt (Black & Decker w przebraniu) wykorzystują ogniwa LiFePO4 (fosforan litu) w niektórych produktach o napięciu nominalnym 3,2 V na ogniwo. 10 da 32 V nominalne, co w niektórych zastosowaniach będzie „prawie rozsądne”.
Na marginesie: rozumiem, że De Walt wykorzystuje wiodące w branży ogniwa A123 LiFePO4. Ogniwa A123 są ogólnie „trudne do kupienia” na rynku detalicznym i słyszałem o producentach pojazdów elektrycznych kupujących duże ilości akumulatorów De Walt, aby uzyskać ogniwa.

Prawo kwadratowe:

Efekty spowodowane zmianami stosunku powierzchni do objętości w miarę zmian skali.
Objętości są proporcjonalne do krawędzi ^ 3.
Powierzchnie są proporcjonalne do egde ^ 2.
więc stosunek objętości do krawędzi jest proporcjonalny do krawędzi ^ 3 / krawędzi ^ 2 = krawędzi - co oznacza, że ​​objętość na powierzchnię zwiększa się w miarę powiększania się obiektów.

Drugorzędnymi skutkami tego są np. Trudniej jest schłodzić duże rzeczy przez promieniowanie powierzchniowe.
I odwrotnie, trudniej jest utrzymać małe rzeczy w cieple, gdy jest zimno.
Dla danej grubości powierzchni duże rzeczy mają mniejszą zawartość na objętość.
Ten ostatni efekt wpływa na baterie.
jeśli można zbudować baterię o takiej samej grubości ścianki w różnych rozmiarach, wówczas duże baterie będą miały większą zawartość aktywną na objętość niż małe.

Jeden jedyny przykład.
Dwie kostki o ścianach o grubości 1 mm i krawędziach 1 cm i 4 cm.
Objętości ścianek = 6 x krawędź ^ 3 x 1 mm
Całkowita objętość kostki = krawędź ^ 2
Objętość ścianki wewnętrznej kostki wewnętrznej ~~ = (krawędź 2 x grubość ścianki) ^ 3

1 cm sześcian wewnętrzna / zewnętrzna objętość = (10-2) ^ 3/10 ^ 3 = 512/1000 mm ^ 2 = 51%
4 cm sześcian wewnętrzna / zewnętrzna = (40-2) ^ 3/40 ^ 3 = 54872/64000 = 85%. !!!
Sześciokrotnie większa krawędź sześcianu jest 85/51 = 1,59 x bardziej efektywna dla użytkownika dostępnej objętości niż mała.
Wniosek: zestawy akumulatorów wysokonapięciowych, które wykorzystują NimH lub NiCd, mogą być złym pomysłem tylko z tego powodu. Są inni.

Moc byłaby mniejsza, a dział marketingu wolałby użyć większej liczby niż u konkurencji, ale nie dużej liczby watów, ponieważ duże moce nie są sprzedawane jako „zielone” wystarczająco dla niektórych segmentów rynku. W przypadku równoważnych technologii i kosztu akumulatora wyższe napięcia mogą być bardziej wydajne lub powodować mniejsze straty w okablowaniu i konwersji podczas wytwarzania użytecznej mocy narzędzia.

Liczby stosowane na zewnątrz elektronarzędzi służą do celów „większe, lepsze” i prawdopodobnie również różnicują różne technologie stosowane przez producenta.

_{Innymi słowy, wyłącznie w celach marketingowych.}

Ten środek jest rzeczywiście bezsensowny. Są dwa powody, dla których jest on używany

1. pozwala na marketingowe porównanie narzędzi tego samego producenta o różnych napięciach (patrz powiązane pytanie ) - tak jak płacisz tyle pieniędzy za ten „crappier” model 10,8 woltów, albo możesz dodatkowo zapłacić i uzyskać to „o wiele mocniejsze i lepszy ”model 18 woltów

2. większość narzędzi ma wymienialne akumulatory i tylko narzędzia o tym samym napięciu mogą używać akumulatorów o tym samym napięciu - więc jeśli masz sterownik 12 woltów i chcesz kupić piłę tego samego producenta, to jeśli kupujesz model 12 woltów, masz w sumie 4 akumulatory (i 2 ładowarki!), których można używać z obydwoma narzędziami, i to dobrze, ponieważ oddzielna bateria lub osobna ładowarka kosztuje fortunę

Poza tym napięcie nie jest użyteczną miarą. Nie dbasz o napięcie, dbasz o właściwości mechaniczne.