Чому автомобільні стартерні двигуни подають стільки струму?

Я розумію, що потужність більшості автомобільних стартерних двигунів оцінюється від 0,5 кВт до 1,5 кВт. Чи це не означає, що вони повинні витягувати 40-120 ампер? (500 Вт / 12 вольт тощо)? Але коли вони стартують, вони малюють нитки ампер на пробіг секунди, яку вони пробігають. Чому це відбувається? Чи мотори "розігнані" в той період?

Потрібно багато потужності, щоб повернути обертовий вузол - кривошип, поршні (або ротори) тощо - переміщатися. Для довідки спробуйте перевернути двигун за допомогою вимикача на рукоятці. Це не дуже просто (хоча щось із-за цього стискається).

Усі деталі, що обертаються, - колінчастий вал, шатуни, поршні, клапани, розподільні вали, зубчастий ланцюг - додають до дуже-дуже важкого шматка металу, який для переміщення автомобіля повинен рухати досить невеликий електродвигун (стартер). . Мало того, вони повинні рухатися досить швидко, щоб перейняти цикл згоряння. Це забирає багато сил.

Ви можете працювати назад від своїх чисел, використовуючи закон Ома (V = I * R) та визначення потужності (P = I ^ 2 * R). Важливим фактором тут є опір, який у цьому контексті величезний.

Отже, коротка відповідь: металеві деталі важкі, і для руху потрібно багато енергії. Це одна з причин того, що такі речі, як легкі сплави та композити, настільки важливі у конструкціях з високою ефективністю: зменшуючи вагу рухомих деталей, ми зменшуємо енергію, необхідну для їх переміщення. Весь цей надлишок йде на вихід, що робить ваш автомобіль / велосипед / реактивний пакет / космічний корабель швидшим.

Оновлення

Дивіться коментарі для кращої інформації.

Всі електродвигуни споживають більше струму при запуску в порівнянні зі стаціонарним. Наприклад, ознайомтеся з етикеткою на холодильнику (або подивіться на цей ): максимальний струм на етикетці в 2-3 рази перевищує значення, яке ви отримаєте від співвідношення потужності до напруги.

Причина цього криється у властивостях електродвигунів. Приблизно такі двигуни мають крутний момент, пропорційний струму та швидкості, пропорційній напрузі. При запуску двигуна, вам потрібно набагато більше крутного моменту , щоб отримати це працює , що ви будете робити були б в стаціонарному стані , щоб тримати це працює. Отже, вам потрібно більше струму.

До речі, у багатьох автомобілів є ще більш потужні стартери (наприклад, Landcruiser має 2,5 кВт). Це понад 200 А в стаціонарному стані. Помножте це на 2 або 3, щоб отримати струм запуску, і ви отримаєте близько 500 А, що батарея повинна бути в змозі забезпечити.

Характерним для електродвигунів є те, що вони створюють найвищий крутний момент при нерухомості, а разом з цим дуже високий початковий струм від 400 до 600А для автомобілів, а комерційні стартерні двигуни можуть перевищувати 1000А.

Після того, як вони почнуть обертатись, поточний попит зменшується - пам’ятайте, що співвідношення шестерні / маховика становить 10 до 1 або більше, тому коли двигун повертається при 500 об / хв, тоді стартер робить 5000 ...

Розглянемо наступну модель електричного двигуна постійного струму

• Va = 12Волтів у машині
• Ra = ом опір обмоток, кабелів, акумулятора тощо.
• La = індуктивність (вважаємо, що вона в першому наближенні дорівнює нулю)
• Ia = струм через двигун
• Vc = напруга електромагнітного, що індукується в двигун (пропорційно швидкості обертання wa)

Номінальна потужність двигуна умовно визначається як наявна вихідна потужність (≈Vc * ia) при деякій комбінації швидкості і крутного моменту. При нормальному безперервному режимі вхідна потужність (= Va * ia) буде трохи вище, ніж вихідна потужність.

Але запуск - це не «нормальна безперервна робота».

Як перше наближення ми можемо трактувати індуктивність як нуль. Струм, що подається двигуном постійного струму, залежить від трьох моментів, напруги живлення Va, опору обмоток Ra і "заднього ЕРС" Vc, що в свою чергу залежить від швидкості обертання двигунів. Потужність, подана в задній ЕРС (= Vc * ia), в основному подається до навантаження, тоді як потужність, що надходить на опір обмотки (= ia ia Ra), витрачається як тепло в обмотках.

Завдяки інтертії як у двигуна, так і в навантаженні початкова швидкість обертання дорівнює нулю, отже спочатку струм у двигуні обмежений лише опором обмотки, мотор витягує набагато більше струму, ніж нормально, і вся потужність, що надходить у двигун, витрачається як тепло.

Поступово у міру збільшення навантаження і двигуна до швидкості Vc збільшується, таким чином V_Ra зменшується, таким чином Ia (= (Va-Vc) / Ra) також зменшується, а двигун переходить до нормальної безперервної роботи. Якщо інженери зробили свою роботу правильно, мотор повинен досягти безпечної робочої швидкості, перш ніж він перегріється.

У випадку з автомобілем, сподіваємось, двигун потім запускається, а мотор стартера відключається.

Типовий стартерний двигун - це індукційний двигун, який може створювати високий крутний момент при запуску. Він має котушку статора і котушку ротора. Котушка статора складається з безлічі витків мідного дроту, які закріплені на внутрішній стороні корпусу двигуна. Котушка ротора складається з безлічі витків мідного дроту, які закріплені на валу ротора. Коли стартер увімкнено, автомобільний акумулятор на 12 Вольт (V) направляє струм на двигун стартера. У цей момент опір (R) двигуна - це лише опір мідного дроту, який утворює котушки статора і ротора, і тому низький (менше 0,05 Ом). Початковий пусковий струм (I) для цього високий (більше 240 Ампер; із закону Ома I = V / R = 12 / 0,05). це піковий пусковий струм і триватиме лише частку секунди. Коли ротор стартера двигуна починає обертатися, електричні поля котушки статора і ротора будуть взаємодіяти, створюючи "зворотний ЕРС", який є внутрішньою напругою, яка протистоїть вхідній напрузі від акумулятора. Руху двигуна стартера буде протидіяти механічна сила, необхідна для перевертання двигуна до його запуску. Двигуни стартера підбираються до двигунів, які їм потрібно повернути, так що їм потрібно буде лише повернути двигун протягом декількох секунд. Струм, який вимагає мотор стартера протягом цих кількох секунд, знизиться до приблизно половини пікового струму, згаданого вище. Двигуни стартера підбираються до двигунів, які їм потрібно повернути, так що їм потрібно буде лише повернути двигун протягом декількох секунд. Струм, який вимагає мотор стартера протягом цих кількох секунд, знизиться до приблизно половини пікового струму, згаданого вище. Двигуни стартера підбираються до двигунів, які їм потрібно повернути, так що їм потрібно буде лише повернути двигун протягом декількох секунд. Струм, який вимагає мотор стартера протягом цих кількох секунд, знизиться до приблизно половини пікового струму, згаданого вище.

Під час пуску двигун стартера витрачає стільки енергії, що напруга дещо падає (викликане внутрішнім опором акумулятора). Таким чином, номінальна потужність P = UI стартера відповідає струму I, який вищий, ніж ви обчислюєте U = 12V (наприклад, якщо напруга стікає до 6В, струм вдвічі більший, щоб мати однаковий потужність). Також зауважте, що потужність, що відповідає втраті напруги і той же струм, виробляють тепло в акумуляторі ...