Почему автомобильные стартеры потребляют так много тока?

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"?

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.

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.

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 ...

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.

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.

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 ...