Por que as ferramentas mais poderosas usam voltagem mais alta?

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A AFAIK, cada um dos principais fabricantes mundiais de ferramentas elétricas sem fio produz várias "linhas de produtos" de ferramentas elétricas sem fio com tensões diferentes. Por exemplo, a Bosch atualmente produz ferramentas com baterias de íon de lítio com saída de 10,7V, 14,4V, 18V e 36V e quanto maior a tensão, mais poderosa é a ferramenta.

Agora essas ferramentas são alimentadas por baterias montadas a partir de células com voltagem mais baixa (algo como 3,7 volts para células de íons de lítio, eu acho) e as células são conectadas em sequência até que a voltagem desejada seja atingida.

Eles poderiam conectar células em paralelo. Eles teriam a mesma voltagem, mas uma corrente mais alta e isso novamente produziriam maior potência.

Por que eles escolhem tensão mais alta que a mesma tensão e corrente mais alta para obter maior potência em ferramentas elétricas?

power batteries

— dente afiado
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Votou para reabrir. @ Kortuk, você pode não ter fechado isso se as ferramentas da Bosch não foram mencionadas. É uma boa pergunta para a EE IMO: por que as células em série e não paralelas.

— stevenvh

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@ Kortuk: A aplicação de eletrônicos de consumo existe apenas como exemplo. Não vejo por que não é uma questão pura de engenharia elétrica.

— Sharptooth

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O processo não deveria ser "aguardar votos suficientes para fechar" em vez de "aguardar votos suficientes para reabrir" depois de forçar o fechamento?

— endolith 21/07

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O @Kortuk a fechar algo não está a votar. Votar seria declarar a sua opinião pessoal e votar (1) de perto. Dizer que o que você faz é "não permanente" perde o objetivo - existe uma enorme "barreira potencial" entre algo que está aberto até que um número suficiente de pessoas decida fechá-lo, versus algo que fica fechado até que um número suficiente de pessoas decide reabri-lo .

— 21811 Chris Stratton

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O texto é totalmente diferente, mas é por isso que você usa baterias em série paralelamente. Vou tentar encontrar um link mais tarde para compartilhar. Por favor, não hesite em contactar-me no chat se você gostaria de discutir isso mais.

— 21411 Kortuk

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Matt já explicou que, ao usar uma tensão mais alta, você terá uma corrente mais baixa para a mesma potência . Isso significa fios mais finos e menos pesados , o que significa economia (o cobre é caro). Talvez você precise prestar atenção a um melhor isolamento , mas isso não supera a vantagem mencionada.

Também é muito mais fácil colocar células em série do que em paralelo . Quando colocadas em paralelo, as tensões devem ser exatamente iguais, caso contrário, você terá altas correntes correndo de uma célula para outra, causando grandes perdas de energia e reduzindo a vida útil da célula .

— stevenvh
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Um outro motivo, eu acho, é a facilidade de reduzir conversores a partir de uma tensão mais alta.

— Kenny

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@kenny - comparado aos conversores buck-boost, sim. Comparado a impulsionar conversores, não. Estes últimos não são mais complicados que os conversores buck. E acho que isso também é mais antigo que os comutadores.

— stevenvh

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Os conversores de impulso padrão têm um problema que o buck, o boost e o SEPIC não têm: eles passam a corrente para a carga quando o conversor não está alternando, impedindo uma simples função de desligamento. Em outras notícias, todas as palavras em negrito tornam um pouco mais difícil de ler . ; p

— Mike DeSimone

@ Mike - Eu sempre uso palavras em negrito para destacar as palavras-chave, e nunca tive queixas. Eu posso ter exagerado um pouco aqui. Mas então, sim, a vida pode ser difícil! :-)

— stevenvh

@stevenvh Não estou questionando sua resposta, porque sei da minha experiência que isso é verdade. No entanto, não consigo descobrir como demonstrar isso matematicamente. Você poderia dar um exemplo?

— MGZero

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TLDR: Mais voltagem é necessária para rotações mais altas.

Não concordo com o argumento da eficiência do cobre (acima / abaixo)

O único motivo é voltar EMF de motores a altas rotações. Independentemente da quantidade de corrente que as baterias podem fornecer, a corrente delas se traduz em torque para o motor, mas não em velocidade. Na velocidade máxima, o motor sem perdas teórico tem uma fem de volta exatamente igual à tensão de alimentação e consome a corrente se aproximando de zero e tendo torque zero.

As ferramentas elétricas mais altas talvez tenham rpm mais altas, valores de velocidade de rotação e precisam de tensão mais alta.

Eu gosto desta resposta. Se você pensar em cobre, então menos corrente = menos força magnética, compensará isso com mais voltas. Eu acho que a massa total de cobre permanece a mesma. Até o RPM pode ser endereçado através da engrenagem, acho que a maioria das ferramentas diminui.

— 21411 russel_hensel

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Verifiquei com o site Bosch Professional Tools - o RPM não é muito diferente para diferentes linhas de produtos. O motivo é que a RPM muito alta é inútil - os parafusos de acionamento são impossíveis a uma RPM muito alta e a perfuração produz muito calor que danifica o material e a broca.

— Sharptooth

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Pelo mesmo motivo, as empresas de energia transmitem energia em todo o país a centenas de milhares de volts, em vez de apenas fazer tudo a 110 / 230v.

Uma voltagem mais alta significa uma corrente mais baixa para a mesma quantidade de energia.

Uma corrente mais baixa significa componentes menores e fios mais finos, tornando-o mais barato e mais eficiente.

Por exemplo, pegue um motor DC.

Para que um motor de 12V desenvolva a mesma quantidade de energia que um motor de 24V, seria necessário consumir o dobro da corrente. Isso significaria que os enrolamentos no motor teriam que ser constituídos por fios mais grossos. Isso aumentaria o tamanho e o custo.

As empresas de eletricidade transferem energia em alta tensão, de modo que a corrente é baixa para que possam usar cabos de pequeno diâmetro. É tudo o mesmo princípio.

— Majenko
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Quanto maior a tensão, menor a corrente, na mesma potência. Quando você consome muita corrente de uma bateria, cria uma área pouco alterada no interior. Isso leva a um desempenho pior.

— Mario Vernari
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Não vejo por que isso é um problema. Eu tenho muitas células em paralelo agora, então, embora eu drene mais da embalagem, ainda dreno o mesmo de cada célula.

— Sharptooth

@sharptooth - colocando células em paralelo não é uma boa ideia, veja a minha resposta

— stevenvh