Почему автомобильные стартеры потребляют так много тока?

19

Я понимаю, что мощность большинства стартерных двигателей рассчитана на мощность от 0,5 до 1,5 кВт. Разве это не означает, что они должны потреблять 40-120 ампер? (500 Вт / 12 вольт и т. Д.)? Тем не менее, когда они начинают, они рисуют сотни усилителей в течение доли секунды, что они бегут. Почему это происходит? В этот период двигатели "разогнаны"?

Андрей Григоре
источник
10
Термин «разогнанный» не имеет никакого значения для двигателя постоянного тока. «часы» означает переменный сигнал с фиксированной частотой.
Дмитрий Григорьев
1
Я знаю ... именно поэтому я использовал кавычки. Я просто не мог придумать лучшего термина (я не являюсь носителем английского языка), поэтому я подумал об аналогии с процессорами компьютера.
Андрей
1
Слово « перегруз» приходит на ум, но я сам не совсем уверен.
Дмитрий Григорьев
1
После некоторых комментариев я понимаю ваш вопрос как «почему пусковой ток для электродвигателя значительно выше номинального (постоянного) значения?». Я могу сказать вам, что это верно для каждого электродвигателя (насколько мне известно). С этой формулировкой этот вопрос может быть более уместным на electronics.stackexchange.com.
Квентин
1
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не по теме, потому что он более уместен на electronics.stackexchange.com, так как он касается текущего потребления электродвигателей в целом.
Лелиэль

Ответы:

16

Требуется МНОГО силы, чтобы заставить вращающийся узел - кривошип, поршни (или роторы) и т. Д. - двигаться. Для справки попробуйте перевернуть двигатель с помощью перемычки на рукоятке. Это не супер-легко (хотя кое-что из-за сжатия).

Все детали во вращающемся узле - коленчатый вал, шатуны, поршни, клапаны, распределительные валы, цепь привода ГРМ - составляют очень, очень тяжелый кусок металла, который должен быть перемещен довольно маленьким электродвигателем (стартером) для запуска автомобиля. , Мало того, они должны двигаться довольно быстро, чтобы цикл сгорания вступил во владение. Это требует много сил.

Вы можете работать в обратном направлении от своих чисел, используя закон Ома (V = I * R) и определение мощности (P = I ^ 2 * R). Важным фактором здесь является сопротивление, которое в этом контексте огромно.

Итак, короткий ответ: металлические детали тяжелые, и для их перемещения требуется много энергии. Это одна из причин, по которой такие вещи, как легкие сплавы и композиты, так важны в высокоэффективных конструкциях: уменьшая вес движущихся частей, мы уменьшаем энергию, необходимую для их перемещения. Все эти излишки идут на выход, делая ваш автомобиль / мотоцикл / реактивный двигатель / космический корабль быстрее.

Обновить

Смотрите комментарии для лучшей информации.

3Dave
источник
27
Электрическая часть вашего поста неверна. «Механическое сопротивление» сильно отличается от электрического. Электрическое сопротивление стартера, безусловно, ниже, чем то, на что вы претендуете. Кроме того, электродвигатель не подчиняется закону Ома (и даже если он это сделал, вам потребуется низкое сопротивление, чтобы иметь большой ток). Сопротивление в электродвигателе - это чистые потери (тепло), поэтому производители стараются его минимизировать.
Квентин
3
Этот ответ как бы не соответствует сути вопроса IMO. Если для запуска автомобиля требуется большая мощность, стартеру требуется много ватт, а не дополнительных ампер.
Дмитрий Григорьев
5
@DmitryGrigoryev с (примерно) источником постоянного напряжения (автомобильный аккумулятор), большая мощность равна большему току (P = u * i). поэтому требуется много механической энергии => необходимо много электроэнергии => требуется много тока (если используется источник постоянного тока низкого напряжения, например, автомобильный аккумулятор).
Квентин
14
Это не должен быть принятый ответ, поскольку он не объясняет начальный импульсный ток, о котором ОП специально спрашивал. Не упоминается обратная ЭДС, создаваемая двигателем, находящимся в движении, и тот факт, что, следовательно, нет препятствий для высокого тока утечки, когда двигатель начинает двигаться. en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromobil_force
17
1
@DmitryGrigoryev действительно, он определен только для мгновенных значений. Я начинаю лучше понимать исходный вопрос, который я теперь понимаю как «почему пусковой / пиковый ток для электродвигателя значительно выше номинального (устойчивого) значения?». С этой формулировкой этот вопрос может быть более уместным на electronics.stackexchange.com.
Квентин
29

Все электродвигатели потребляют больше тока при запуске по сравнению с устойчивым состоянием. Посмотрите на этикетку на вашем холодильнике, например (или посмотрите на нее ): максимальный ток на этикетке в 2-3 раза выше, чем значение, которое вы получите от отношения мощности к напряжению.

Причина этого кроется в свойствах электродвигателей. Приблизительно такие двигатели имеют крутящий момент, пропорциональный току, и скорость, пропорциональную напряжению. При запуске двигателя, вам нужно гораздо больше крутящего момента , чтобы получить это работает , чем вы должны были бы в стационарном состоянии , чтобы держать это работает. Следовательно, вам нужно больше тока.

Кстати, у многих автомобилей есть даже более мощные стартеры (например, у Landcruiser 2,5 кВт). Это более 200 А в устойчивом состоянии. Умножьте это на 2 или 3, чтобы получить ток запуска, и вы получите около 500 А, которые должна обеспечивать батарея.

Дмитрий Григорьев
источник
5
@AndreiGrigore я понимаю. Я только добавил последний абзац на случай, если есть люди, которым интересно, для чего нужны эти большие батареи на 600А.
Дмитрий Григорьев
2
Вы путаете причину и следствие. Двигатель не потребляет большой ток, потому что ему «нужно» развить высокий крутящий момент. Скорее, стационарный двигатель - это просто катушка провода с низким сопротивлением. Он потребляет большой ток по закону Ома, и этот сильный ток вызывает сильное магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует высокий крутящий момент.
Дэвид Ричерби
1
@DavidRicherby Тогда вы путаете причину и следствие в законе Ома. Катушка не "потребляет" ток, она просто не может противостоять току, который напряжение пропускает через нее.
Дмитрий Григорьев
1
@DmitryGrigoryev Вот что означает фраза «провести ток». Конечно, провод не высасывает ток из батареи: он обеспечивает путь с низким сопротивлением. В любом случае вы, похоже, отвечаете на формулировку моего комментария, а не на его фактическое содержание.
Дэвид Ричерби
1
@DavidRicherby Ну, двигателю тоже не «нужно» производить крутящий момент, он просто принудительно приводится к определенной скорости вращения под действием напряжения, приложенного к нему, и единственный способ увеличить эту скорость при наличии трения и инерции - это произвести достаточный крутящий момент. Возможно, я отвечаю на формулировку вашего комментария, потому что я не могу понять фактическое содержание.
Дмитрий Григорьев
8

Характерной особенностью электродвигателей является то, что они производят наибольший крутящий момент в неподвижном состоянии, в сочетании с этим очень высокий начальный ток от 400 до 600 А для автомобилей и коммерческих стартерных двигателей может превышать 1000 А.

Как только они начинают вращаться, текущая потребность снижается - помните, что отношение шестерня / маховик составляет 10 к 1 или более, поэтому, когда двигатель вращается со скоростью 500 об / мин, стартер делает 5000 ...

Солнечный Майк
источник
2

Рассмотрим следующую модель электродвигателя постоянного тока

  • Va = 12 вольт в машине
  • Ra = сопротивление Ом, кабелей, аккумулятора и т. Д.
  • La = индуктивность (в первом приближении она равна нулю)
  • Ia = ток через двигатель
  • Vc = напряжение, электромагнитно индуцированное в двигатель (пропорционально скорости вращения wa)

Номинальная мощность двигателя обычно определяется как доступная выходная мощность (≈Vc * ia) при некоторой комбинации скорости и крутящего момента. При нормальной непрерывной работе входная мощность (= Va * ia) будет немного выше выходной мощности.

Но запуск не является «нормальной непрерывной работой».

В первом приближении мы можем рассматривать индуктивность как ноль. Ток, потребляемый двигателем постоянного тока, зависит от трех факторов: напряжения питания Va, сопротивления обмоток Ra и «обратной ЭДС» Vc, которое, в свою очередь, зависит от скорости вращения двигателей. Мощность, подаваемая в заднюю ЭДС (= Vc * ia), в основном подается на нагрузку, тогда как мощность, подводимая к сопротивлению обмотки (= ia ia Ra), теряется как тепло в обмотках.

Из-за интерстиции как в двигателе, так и в нагрузке начальная скорость вращения равна нулю, следовательно, первоначально ток в двигателе ограничен только сопротивлением обмотки, двигатель потребляет намного больше тока, чем обычно, и вся мощность, поступающая в двигатель, теряется впустую. как тепло.

Постепенно, когда нагрузка и двигатель достигают скорости Vc, увеличивается, таким образом, V_Ra уменьшается, поэтому Ia (= (Va-Vc) / Ra) также уменьшается, и двигатель переходит в нормальный непрерывный режим работы. Если инженеры выполнили свою работу правильно, то двигатель должен достичь безопасной рабочей скорости, прежде чем он перегреется.

В случае автомобиля, надеюсь, двигатель запускается и стартер отключается.

Питер Грин
источник
2

Типичный стартер - это асинхронный двигатель, который при пуске может создавать высокий крутящий момент. Он имеет катушку статора и катушку ротора. Катушка статора состоит из множества витков медного провода, которые прикреплены к внутренней части корпуса двигателя. Катушка ротора состоит из множества витков медного провода, которые прикреплены к валу ротора. Когда стартер включен, автомобильная аккумуляторная батарея 12 В (V) посылает ток на стартер. В этот момент сопротивление (R) двигателя является только сопротивлением медного провода, из которого состоят катушки статора и ротора, и поэтому является низким (менее 0,05 Ом). Исходный пусковой ток (I) для этого является высоким (более 240 ампер; из закона омов I = V / R = 12 / 0,05). это пиковый пусковой ток, который будет длиться лишь доли секунды. Когда ротор стартера начинает вращаться, электрические поля катушек статора и ротора будут взаимодействовать с образованием «обратной ЭДС», которая является внутренним напряжением, которое противодействует входному напряжению от батареи. Движению стартера будет мешать механическая сила, необходимая для вращения двигателя до его запуска. Стартерные двигатели соответствуют двигателям, которые они должны повернуть, так что они должны были включить двигатель только на несколько секунд. Ток, требуемый от стартера в течение этих нескольких секунд, упадет примерно до половины пикового тока, упомянутого выше. Стартерные двигатели соответствуют двигателям, которые они должны повернуть, так что они должны были включить двигатель только на несколько секунд. Ток, требуемый от стартера в течение этих нескольких секунд, упадет примерно до половины пикового тока, упомянутого выше. Стартерные двигатели соответствуют двигателям, которые они должны повернуть, так что они должны были включить двигатель только на несколько секунд. Ток, требуемый от стартера в течение этих нескольких секунд, упадет примерно до половины пикового тока, упомянутого выше.

ПОЛ СОЛЕЙН
источник
Хороший ответ, Пол. Добро пожаловать в автосервис и ремонт автомобилей. Это известно как несколько вещей: пусковой ток, пусковой ток, ток заблокированного ротора ... и это причина того, что от стартера прямо к батарее идет огромный провод.
Беван
1

Во время запуска двигатель стартера потребляет столько энергии, что напряжение несколько падает (вызвано внутренним сопротивлением батареи). Таким образом, номинальная мощность P = UI стартера соответствует току I, который выше, чем тот, который вы вычисляете при U = 12 В (например, если напряжение снижается до 6 В, ток в два раза выше, чтобы иметь то же самое мощность). Также обратите внимание, что мощность, соответствующая потере напряжения и тому же току, выделяет тепло в батарее ...

Хаген фон Айцен
источник
1
Хорошие батареи должны терять не более 25% от номинального напряжения при запуске. Батареи, разряженной до 6 В, может быть недостаточно для запуска двигателя.
Дмитрий Григорьев
Кроме того, в стартере нет ничего, что ограничивало бы его номинальной мощностью. Если вы заглушите двигатель (со сцеплением и тормозами) и включите стартер, он попытается выдать, возможно, в два или три раза больше своей номинальной мощности, но ненадолго.
Дмитрий Григорьев