Почему приборы и инструменты с батарейным питанием указываются в вольтах? [закрыто]

Для двигателей мощность пропорциональна крутящему моменту, умноженному на скорость вращения. Таким образом, при заданной скорости вращения и крутящем моменте устройство производит заданное количество энергии.

Существует два варианта увеличения мощности. Создайте такой же крутящий момент на более высокой скорости или увеличьте крутящий момент на заданной скорости.

Для аккумуляторной дрели скорость обычно варьируется и зависит от области применения. Например, высокая скорость для стали, более низкая скорость для кирпичной кладки и снова более низкая скорость для шнековых долот с широким отверстием в древесине.

Итак, чтобы увеличить мощность аккумуляторной дрели, вы не будете менять скорость, так как дрель должна обеспечивать мощность на различных скоростях.

Два других фактора, которые следует учитывать, в двигателе постоянного тока: напряжение пропорционально скорости, а ток пропорционален крутящему моменту.

Но все, что делают разработчики, — это увеличивают напряжение батареи. для данного сопротивления катушки в двигателе постоянного тока увеличение напряжения на катушке также увеличивает ток и, следовательно, передаваемый крутящий момент.

Таким образом, увеличение напряжения — это способ, с помощью которого разработчики могут увеличить крутящий момент, а значит, мощность, которую смогут использовать конечные пользователи! Так что чем больше вольт, тем лучше! до такой степени, что больше вольт означает больше ячеек, а больше ячеек означает больший вес, больший вес означает большую усталость пользователя. Таким образом, они, как правило, уравновешиваются, в настоящее время где-то от 14,4 В постоянного тока до 18 В постоянного тока для типичной аккумуляторной дрели.

Это бессмысленно и ничего не говорит о силе инструмента. Вы могли бы подумать, что они используют напряжение, потому что оно имеет более впечатляющие цифры, но я видел устройства (пылесборники), в которых большими цифрами указано «2,4 В», так что это совсем не выглядит впечатляюще. Единственная другая причина, о которой я могу думать, заключается в том, что люди могут быть более знакомы со словом «вольт», чем со словом «ватт» (не подразумевая, что они будут знать, что означает одно из них).

edit
Я думаю, что ряд ответов выходит за рамки вопроса. Вопрос, как было задано, "Почему они указаны в вольтах?" , а не почему они используют высокие напряжения. Это было рассмотрено в прошлом по крайней мере в одном вопросе (который я не могу найти на данный момент). Что касается этого вопроса об ИМО, так это:

и это неразумно! Это ничего не говорит вам о возможностях пылесборника. На моем с гордостью написано «2,4 В», и я не могу поверить, что у него мощность всасывания в 9 раз больше, чем у моего. Если бы это было так, он был бы способен создавать черные дыры. Мой был дешевым, и IMO Black&Decker выпустила его, чтобы иметь образец для других своих пылесосов. 3,6 В лучше, чем 2,4 В, поэтому мы можем запросить за него более высокую цену. Эти маркетологи не идиоты. Спросите Джейн Доу, какой из них самый мощный, и она скажет, что у него самое высокое напряжение. Хотите поспорить?

Повышение напряжения батареи в портативных устройствах частично обусловлено практичностью и частично маркетингом, но в последнее десятилетие или около того маркетинг определенно стал основным фактором.

«Мощный» прибор с батарейным питанием (дрели, вероятно, являются наиболее распространенными, но не самыми энергоемкими) может иметь номинальную мощность в 100 Вт.

Возьмем, к примеру, 100 Вт:
при 100 Вт 12 В ~= 8 А, 16 В ~= 6 А, 24 В ~= 4 А, 36 В ~= 3 А.
Потери в проводке и соединениях в основном связаны с тепловыми потерями = I^R.
При том же сопротивлении потери для 12/16/24/36 вольт будут в соотношении
64/36/16/9, поэтому система на 36 В теоретически может иметь 9/64 ~= 14% потерь системы на 12 В.
Таким образом, на практике, когда ток падает с увеличением напряжения, вы получаете меньшие потери при том же сопротивлении или можете допустить несколько большее сопротивление и все же быть далеко впереди.

В системе 12 В 8 А сопротивление цепи в один ом будет рассеивать I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 Вт - так что, поскольку это 64% ​​от общей мощности, это было бы недопустимо. Что-то вроде 0,1 Ом = 6,4% было бы лучше. Чрезвычайно легко добавить 0,1 Ом в проводку и соединения, поэтому построить систему мощностью 100 Вт 12 В становится раздражающе сложно. Даже 18-вольтовая система с 2/3 тока = 4/9 = 44% потерь с пользой лучше.

ОДНАКО большее напряжение требует большего количества аккумуляторных элементов и места, необходимого для межсоединений, дополнительных потерь в соединениях и потери полезного доступного объема из-за эффектов закона квадратного куба * означает, что при превышении определенного напряжения дополнительные потери начинают компенсировать выигрыш. Маркетингу все равно, а инженерам и маркетологам придется потрудиться за кулисами, чтобы прийти к конечному результату.

Фактором, облегчающим работу с более высокими напряжениями, является использование литий-ионных элементов. Они имеют номинальное напряжение, скажем, 3,6 В на элемент, что примерно в 3 раза больше, чем у NiCd или NimH, поэтому 10-элементный NimH-аккумулятор будет иметь номинальное напряжение 12 В, а 10-элементный LiIon того же размера будет иметь номинальное напряжение 36 В.

В электроинструментах высшего класса/качества/стоимости, таких как De Walt (замаскированная Black & Decker), в некоторых продуктах используются элементы LiFePO4 (феррофосфат лития) с номинальным напряжением 3,2 В на элемент. 10 даст номинальное напряжение 32 В, и это будет «почти разумно» в некоторых приложениях.
В стороне: я понимаю, что De Walt использует лучшие в отрасли элементы A123 LiFePO4. Элементы A123, как правило, «трудно купить» на розничном рынке, и я слышал, что производители электромобилей покупают большое количество аккумуляторных блоков De Walt, чтобы получить элементы.

Закон квадрата-куба:

Эффекты, вызванные изменением отношения площади к объему при изменении масштаба.
Объемы пропорциональны краю^3.
Площадь поверхности пропорциональна egde^2.
поэтому отношение объема к краю пропорционально краю ^ 3/краю ^ 2 = краю, что означает, что объем на площадь поверхности увеличивается по мере того, как объекты становятся больше.

Вторичные эффекты этого, например, труднее охлаждать большие объекты поверхностным излучением.
И наоборот, в холодную погоду сложнее согреть мелкие вещи.
При заданной толщине поверхности большие предметы имеют меньшее содержание в объеме.
Последний эффект влияет на батареи.
если батарея может быть построена примерно с одинаковой толщиной стенок в диапазоне размеров, то большие батареи будут иметь больше активного содержимого на единицу объема, чем маленькие.

Один только пример.
Два кубика со стенками толщиной 1мм и ребрами 1см и 4см.
Объем стен = 6 x ребро^3 x 1 мм
Общий объем куба = ребро ^2
Объем внутреннего куба внутри стен ~~= (ребро- 2 x толщина стенки)^3

Внутренний/внешний объем куба 1 см = (10-2)^3/10^3 = 512/1000 мм^2 = 51% Внутренний/внешний объем
куба 4 см = (40-2)^3/40^3 = 54872/64000 = 85%. !!!
Реберный куб в 4 раза больше в 85/51 = 1,59 раза более эффективен для пользователя доступного объема, чем маленький.
Вывод: Высоковольтные аккумуляторные батареи, в которых используются NimH или NiCd, могут быть плохой идеей только по этой причине. Есть и другие.

Лошадиная сила будет меньшим числом, и отдел маркетинга предпочел бы использовать большее число, чем у конкурентов, но не большое число ватт, поскольку большие ватты не продаются как «зеленые» в некоторых сегментах рынка. Для эквивалентных технологий и стоимости аккумуляторов более высокие напряжения могут быть более эффективными или нести меньшие потери в проводке и преобразовании при производстве полезной мощности инструмента.

Цифры, нанесенные на внешний вид электроинструментов, предназначены для целей «чем больше, тем лучше», а также, вероятно, для дифференциации различных технологий, используемых производителем.

_{Другими словами, чисто в маркетинговых целях.}

Эта мера действительно бессмысленна. Есть две причины, почему он используется

1. это позволяет проводить маркетинговое сравнение инструментов одного и того же производителя с разным напряжением (см. этот связанный вопрос ) - например, вы платите эту сумму денег за эту «более дрянную» модель на 10,8 вольт или вы можете доплатить и получить «намного более мощную». и лучше" модель на 18 вольт

2. большинство инструментов имеют сменные батареи, и только инструменты с одинаковым напряжением могут использовать батареи того же напряжения - поэтому, если у вас есть драйвер на 12 вольт, и вы хотите купить пилу того же производителя, то, если вы покупаете модель на 12 вольт, у вас теперь есть в общей сложности 4 батареи (и 2 зарядных устройства!), которые можно использовать с обоими инструментами, и это хорошо, потому что отдельная батарея или отдельное зарядное устройство стоят целое состояние.

В остальном напряжение не является полезной мерой. Вам не важно напряжение, вам важны механические характеристики.