Dlaczego mocniejsze narzędzia wykorzystują wyższe napięcie?

10

AFAIK każdy z wiodących na świecie producentów elektronarzędzi bezprzewodowych produkuje kilka „linii produktów” elektronarzędzi bezprzewodowych o różnych napięciach. Na przykład Bosch produkuje obecnie narzędzia z akumulatorami litowo-jonowymi o mocy wyjściowej 10,7 V, 14,4 V, 18 V i 36 V. Im wyższe napięcie, tym mocniejsze narzędzie.

Teraz te narzędzia są zasilane z akumulatorów, które są montowane z ogniw o niższym napięciu (wydaje się, że 3,7 wolt dla ogniw Li-Ion) i ogniwa są połączone kolejno, aż do osiągnięcia docelowego napięcia.

Zamiast tego mogliby połączyć komórki równolegle. Mieliby to samo napięcie, ale wyższy prąd i to znowu dawałoby wyższą moc.

Dlaczego wybierają wyższe napięcie niż to samo napięcie i wyższy prąd, aby uzyskać większą moc w elektronarzędziach?

power batteries sharptooth
źródło
5
Zagłosowano ponownie otworzyć. @Kortuk, być może nie zamknąłeś tego, gdyby nie wspomniano o narzędziach Bosch. To dobre pytanie dla EE IMO: dlaczego komórki szeregowo, a nie równolegle.
stevenvh
5
@Kortuk: Aplikacja elektroniki użytkowej jest tylko przykładowa. Nie rozumiem, dlaczego nie jest to pytanie wyłącznie z zakresu elektrotechniki.
sharptooth
7
Czy proces ten nie powinien „czekać na wystarczającą liczbę głosów zamkniętych”, a nie „czekać na wystarczającą liczbę ponownych głosów” po wymuszeniu zamknięcia?
endolith
4
@Kortuk zamykając coś nie bierze udziału w głosowaniu. Głosowanie oznaczałoby Twoją osobistą opinię i (1) głosowanie w zamknięciu. Stwierdzenie, że to, co robisz, nie jest trwałe, pomija sens - istnieje ogromna „potencjalna bariera” między czymś, co jest otwarte, dopóki wystarczająca liczba osób nie zdecyduje się go zamknąć, a czymś, co jest zamknięte, dopóki wystarczająca liczba osób nie zdecyduje się go ponownie otworzyć .
Chris Stratton
1
Brzmienie jest zupełnie inne, ale właśnie dlatego równolegle używasz baterii szeregowych. Spróbuję później znaleźć link do udostępnienia. Skontaktuj się ze mną na czacie, jeśli chcesz porozmawiać o tym więcej.
Kortuk

Odpowiedzi:

11

Matt wyjaśnił już, że przy wyższym napięciu uzyskasz niższy prąd przy tej samej mocy znamionowej . Oznacza to cieńsze i lżejsze druty , co oznacza oszczędności (miedź jest droga). Być może będziesz musiał zwrócić uwagę na lepszą izolację , ale to nie przewyższa wspomnianej korzyści.

Znacznie łatwiej jest również umieszczać komórki szeregowo niż równolegle . Po umieszczeniu równolegle napięcia muszą być dokładnie równe, w przeciwnym razie będziesz mieć wysokie prądy przepływające z jednego ogniwa do drugiego, powodując duże straty mocy i zmniejszając żywotność ogniwa .

stevenvh
źródło
+1 innym powodem, jak sądzę, jest łatwość budowania przetwornic z wyższego napięcia.
kenny
1
@kenny - tak w porównaniu do konwerterów buck-boost, tak. W porównaniu do konwerterów boost, nie. Te ostatnie nie są bardziej skomplikowane niż konwertery buck. I myślę, że to też jest starsze niż przełączniki.
stevenvh
2
Standardowe przetworniki podwyższające mają jeden problem, którego nie mają buck, buck-boost i SEPIC: przekazują prąd do obciążenia, gdy przetwornik nie przełącza się, uniemożliwiając prostą funkcję wyłączania. W innej nowości, wszystkie śmiałe słowa sprawiają, że ciut trudniejsze do odczytu . ; p
Mike DeSimone
@Mike - Zawsze używam pogrubionych słów do podkreślenia słów kluczowych i nigdy nie miałem żadnych skarg. Być może trochę tu przesadziłem. Ale tak, życie może być trudne! :-)
stevenvh
@stevenvh Nie kwestionuję twojej odpowiedzi, ponieważ wiem z mojego doświadczenia, że ​​to prawda. Jednak nie potrafię wymyślić, jak to wykazać matematycznie. Czy możesz podać przykład?
MGZero
6

TLDR: Wyższe napięcie jest potrzebne do wyższych obrotów na minutę.

Nie zgadzam się z argumentem dotyczącym wydajności miedzi (powyżej / poniżej)

Jedynym powodem jest powrót pola elektromagnetycznego silników przy wysokich obrotach. Bez względu na to, ile prądu mogą dostarczyć akumulatory, ich prąd przekłada się na moment obrotowy silnika, ale nie na prędkość. Przy największej prędkości teoretyczny bezstratny silnik ma emf tylny dokładnie równy napięciu zasilania i zużywa prąd zbliżający się do zera przy zerowym momencie obrotowym.

Wyższe elektronarzędzia mogą być może mieć wyższe prędkości obrotowe, prędkości obrotowe i potrzebują wyższego napięcia.


źródło
Podoba mi się ta odpowiedź. Jeśli myślisz o miedzi, to mniej prądu = mniejsza siła magnetyczna, nadrabia to większą liczbą zwojów. Myślę, że całkowita masa miedzi pozostaje mniej więcej taka sama. Myślę, że nawet obroty można rozwiązać poprzez przełożenie, myślę, że większość narzędzi redukuje bieg.
russ_hensel
1
Sprawdziłem na stronie Bosch Professional Tools - RPM nie różni się zbytnio dla różnych linii produktów. Przyczyna jest bardzo wysoka RPM jest bezużyteczna - wkręcanie śrub jest bardzo niemożliwe przy bardzo wysokich RPM, a wiercenie wytwarza dużo ciepła, które uszkadza zarówno materiał, jak i wiertło.
sharptooth
5

Z dokładnie tego samego powodu, w którym firmy energetyczne przesyłają energię w całym kraju przy setkach tysięcy woltów, zamiast robić to wszystko przy napięciu 110/230 V.

Wyższe napięcie oznacza niższy prąd przy tej samej mocy.

Niższy prąd oznacza mniejsze elementy i cieńsze druty, dzięki czemu jest tańszy i bardziej wydajny.

Na przykład weź silnik prądu stałego.

Aby silnik 12 V wytworzył taką samą moc jak silnik 24 V, musiałby pobierać dwa razy więcej prądu. Oznaczałoby to, że uzwojenia w silniku musiałyby być wykonane z grubszego drutu. Zwiększyłoby to zarówno rozmiar, jak i koszt.

Firmy elektroenergetyczne przenoszą moc przy wysokim napięciu, aby prąd był niski, aby mogły używać kabli o małej średnicy. To wszystko ta sama zasada.

Majenko
źródło
3

Im wyższe jest napięcie, tym niższy jest prąd o tej samej mocy. Kiedy zużyjesz dużo prądu z akumulatora, utworzysz w środku źle zmieniony obszar. To prowadzi do gorszej wydajności.

Mario Vernari
źródło
Nie rozumiem, dlaczego to jest problem. Mam teraz wiele komórek równolegle, więc chociaż wyczerpuję więcej z paczki, nadal odprowadzam to samo z każdej komórki.
sharptooth
@sharptooth - ustawianie komórek równolegle nie jest dobrym pomysłem, patrz moja odpowiedź
stevenvh