为什么以伏特为单位指定电池供电的电器和工具?

电器工程 力量 电压 发动机 直流电机
2022-01-10 21:38:18

“以 18 伏的吸力供电”

这不只是一个荒谬的“越大越好”的措施吗?

作为客户,您真正关心的是电机的扭矩或功率或 RPM 或类似的东西。

电源电压与电机性能或电池寿命的这些指标之一之间是否存在直接关系?对我来说似乎不是,因为每个电机都不同,可能有不同数量的绕组,不同数量的线圈等。

4个回答

对于电机,功率与扭矩乘以转速成正比。因此,对于给定的转速和扭矩,该设备会产生给定的功率。

为了增加功率量,存在两种选择。在更高的速度下产生相同数量的扭矩,或在给定速度下增加扭矩。

对于无绳电钻,速度通常是可变的并且取决于应用。例如钢的高速,砖石的低速,以及木材中的宽孔“螺旋钻”钻头的低速。

好的,因此要增加无绳电钻的功率,您不会改变速度,因为电钻需要以各种速度提供动力。

另外两个要考虑的因素是,在直流电机中,电压与速度成正比,电流与扭矩成正比。

但设计师所做的只是增加电池组电压。对于直流电机中给定的线圈电阻,增加线圈两端的电压也会增加电流,从而增加传递的扭矩。

因此增加电压是设计人员可以增加扭矩的一种方式,因此最终用户可以使用!所以电压越高越好!在某种程度上,更多的电压意味着更多的电池,更多的电池意味着更多的重量,更多的重量意味着更多的用户疲劳。因此,对于典型的无绳电钻,目前这些电压趋于平衡,从 14.4 V DC 到 18 V DC。

这是荒谬的,并且没有说明该工具的功能。你会认为他们使用电压是因为它有更多令人印象深刻的数字,但我见过以大数字“2.4 V”提到的设备(除尘器),所以这看起来一点也不令人印象深刻。我能想到的唯一另一个原因是人们可能更熟悉“伏特”这个词而不是“瓦特”这个词(并不意味着他们会知道这两个词的含义)。

编辑
我认为一些答案不在问题范围内。被问到的问题是“为什么用伏特指定它们?” ,而不是为什么他们使用高压。过去至少有一个问题(我暂时找不到)已经涵盖了这一点。这个问题是关于 IMO 的:

在此处输入图像描述

这是荒谬的!它没有告诉你除尘器的能力。我的自豪地说“2.4 V”,我不敢相信这个吸力是我的 9 倍。如果是的话,它将能够创造黑洞。我的很便宜,IMO Black&Decker 发布了它,以便为他们的其他除尘器提供参考。3.6 V 比 2.4 V 好,所以我们可以要求更高的价格。那些营销人员不是白痴。问 Jane Doe 哪一个是最强大的,她会说电压最高的那个。想要打赌吗?

便携式电器中电池电压的提高部分是由实用性驱动的,部分是由营销驱动的,但在过去十年左右的时间里,营销肯定是主要因素。

“强大”的电池供电设备(电钻可能是最常见但不是最耗电的)可能具有 100 瓦的额定功率。

以 100 瓦为例:
100 瓦时 12V ~= 8A, 16V ~= 6A, 24V ~= 4A, 36V ~= 3A。
布线和连接的损耗主要是由于热损耗 = I^R。
对于 12/16/24/36 伏的相同电阻损耗,比例为
64/36/16/9,因此 36V 系统理论上可能具有 12V 系统损耗的 9/64 ~= 14%。
所以在实践中,随着电流随着电压的增加而下降,在相同的电阻下损失更少,或者可以承受更大的电阻并且仍然遥遥领先。

在 12V 8A 系统中,一个 1 欧姆的电路电阻会消耗 I^@R = 8^2 x 1 = 64 瓦 - 所以这是总功率的 64%,这将是无法容忍的。更像 0.1 Ohm = 6.4% 的东西会更好。在接线和连接中添加 0.1 欧姆非常容易,因此构建 100W 12V 系统变得非常困难。即使是具有 2/3 电流 = 4/9 = 44% 的损耗的 18V 系统也会更好。

然而,更高的电压需要更多的电池单元和互连所需的空间,连接中的额外损失以及由于平方立方定律效应而导致的有效可用体积损失*意味着超过一定的电压,额外的损失开始抵消收益。营销不在乎,工程师和营销人员将在幕后努力得出最终结果。

使更高电压更容易的一个因素是使用锂离子电池。它们的标称电压为 3.6V/cell,约为 NiCd 或 NimH 的 3 倍,因此 10 节 NimH 电池的标称电压为 12V,但相同尺寸的 10 节锂离子电池的标称电压为 36V。

顶级/质量/成本电动工具,例如 De Walt(Black & Decker 伪装)在某些产品中使用 LiFePO4(磷酸铁锂)电池,每个电池的标称电压为 3.2V。10 将提供 32 V 标称电压,这在某些应用中“几乎是合理的”。
顺便说一句:我了解 De Walt 使用行业领先的 A123 LiFePO4 电池。A123 电池在零售市场上通常“很难买到”,我听说电动汽车制造商购买大量 De Walt 电池组来获得电池。


方立方定律:

面积与体积之比随尺度变化而变化所引起的影响。
体积与 edge^3 成正比。
表面积与 egde^2 成正比。
所以体积与边缘的比率与边缘^ 3 /边缘^ 2 =边缘成正比 - 这意味着单位表面积的体积随着物体变大而增加。

这种情况的次要影响是,例如通过表面辐射冷却大型物体变得更加困难。
相反,在寒冷的情况下,让小东西保持温暖就更难了。
对于给定的表面厚度,大物体的每体积含量较少。
后一种效应会影响电池。
如果可以在各种尺寸范围内以大约相同的壁厚构建电池,那么大电池每体积的活性成分将比小电池多。

仅举一例。
两个具有 1 毫米厚壁和 1 厘米和 4 厘米边缘的立方体。
墙体积 = 6 x 边缘^3 x 1mm
立方体总体积 = 边缘 ^2
内部立方体内墙体积 ~~= (edge- 2 x wall_thickness)^3

1 cm 立方体内/外体积 = (10-2)^3/10^3 = 512/1000 mm^2 = 51%
4cm 立方体内/外 = (40-2)^3/40^3 = 54872/64000 = 85%。!!!
4 倍大的边立方体比小边立方体的用户有效容量高 85/51 = 1.59 倍。
结论:仅出于这个原因,使用 NimH 或 NiCd 的高压电池组可能不是一个好主意。还有其他的。

马力将是一个较小的数字,营销部门宁愿使用比竞争对手更大的数字,但不是大瓦数,因为大瓦数对于某些细分市场来说不够“绿色”。对于同等技术和电池组成本,更高的电压可能更有效,或在产生可用工具电源时产生更少的布线和转换损失。