Dlaczego rozruszniki samochodowe pobierają tak duży prąd?

Rozumiem, że moc większości silników rozruszników samochodowych wynosi od 0,5 kW do 1,5 kW. Czy to nie znaczy, że mają pobierać 40-120 wzmacniaczy? (500 w / 12 woltów itp.)? Ale kiedy zaczynają, rysują setki wzmacniaczy na ułamek sekundy, którą biegną. Dlaczego tak się dzieje? Czy silniki są „podkręcane” w tym okresie?

Potrzeba dużej mocy, aby zespół wirujący - korba, tłoki (lub wirniki) itp. - ruszył. Dla porównania spróbuj obrócić silnik za pomocą listwy na korbie. To nie jest super łatwe (choć niektóre z nich są spowodowane kompresją).

Wszystkie części w zespole obrotowym - wał korbowy, korbowody, tłoki, zawory, wałki rozrządu, łańcuch rozrządu - składają się na bardzo, bardzo ciężki kawałek metalu, który musi zostać przesunięty przez dość mały silnik elektryczny (rozrusznik), aby uruchomić samochód . Ponadto muszą one poruszać się dość szybko, aby cykl spalania mógł przejąć kontrolę. To wymaga dużej mocy.

Możesz pracować wstecz od swoich liczb, stosując prawo Ohma (V = I * R) i definicję mocy (P = I ^ 2 * R). Istotnym czynnikiem jest tutaj opór, który w tym kontekście jest ogromny.

Krótka odpowiedź: części metalowe są ciężkie i wymagają dużo energii do poruszania się. Jest to jeden z powodów, dla których takie lekkie stopy i kompozyty są tak ważne w projektach o wysokiej wydajności: zmniejszając ciężar ruchomych części, zmniejszamy energię potrzebną do ich przenoszenia. Cała ta nadwyżka trafia do wyjścia, dzięki czemu Twój samochód / rower / plecak odrzutowy / statek kosmiczny jest szybszy.

Aktualizacja

Zobacz komentarze, aby uzyskać więcej informacji.

Wszystkie silniki elektryczne zużywają więcej prądu podczas rozruchu w porównaniu do stanu ustalonego. Sprawdź na przykład etykietę na lodówce (lub spójrz na tę ): maksymalny prąd na etykiecie jest 2-3 razy wyższy niż wartość, którą uzyskasz ze stosunku mocy do napięcia.

Powodem tego są właściwości silników elektrycznych. W przybliżeniu takie silniki mają moment proporcjonalny do prądu i prędkość proporcjonalną do napięcia. Po uruchomieniu silnika, trzeba znacznie większy moment obrotowy, aby dostać go w ruchu, niż należałoby w stanie stacjonarnym na utrzymanie go w ruchu. Dlatego potrzebujesz więcej prądu.

Nawiasem mówiąc, wiele samochodów ma jeszcze mocniejsze rozruszniki (np. Landcruiser ma silnik o mocy 2,5 kW). To ponad 200 A w stanie ustalonym. Pomnóż to przez 2 lub 3, aby uzyskać prąd rozruchowy, a otrzymasz około 500 A, które bateria musi zapewnić.

Cechą charakterystyczną silników elektrycznych jest to, że wytwarzają one najwyższy moment obrotowy podczas postoju, w połączeniu z bardzo wysokim prądem początkowym od 400 do 600 A dla samochodów, a komercyjne silniki rozruchowe mogą przekraczać 1000 A.

Gdy zaczną się obracać, bieżące zapotrzebowanie spada - pamiętaj, że stosunek koła zębatego / koła zamachowego wynosi 10 do 1 lub więcej, więc gdy silnik obraca się przy 500 obr / min, rozrusznik robi 5000 ...

Rozważ następujący model elektrycznego silnika prądu stałego

• Va = 12 V w samochodzie
• Ra = rezystancja omów uzwojenia, kabli, akumulatora itp.
• La = indukcyjność (w pierwszej aproksymacji uważaj ją za zero)
• Ia = prąd płynący przez silnik
• Vc = napięcie elektromagnetyczne indukowane do silnika (proporcjonalne do prędkości obrotowej wa)

Moc znamionowa silnika jest tradycyjnie definiowana jako dostępna moc wyjściowa (≈Vc * ia) przy pewnej kombinacji prędkości i momentu obrotowego. W normalnej pracy ciągłej moc wejściowa (= Va * ia) będzie nieco wyższa niż moc wyjściowa.

Ale uruchomienie nie jest „normalną ciągłą pracą”.

Jako pierwsze przybliżenie możemy potraktować indukcyjność jako zero. Prąd pobierany przez silnik prądu stałego zależy wówczas od trzech rzeczy, napięcia zasilania Va, rezystancji uzwojenia Ra i „wstecznego pola elektromagnetycznego” Vc, które z kolei zależy od prędkości obrotowej silnika. Moc dostarczana z tyłu EMF (= Vc * ia) jest głównie dostarczana do obciążenia, natomiast energia dostarczana do rezystancji uzwojenia (= ia ia Ra) jest marnowana jako ciepło w uzwojeniach.

Z powodu intertii zarówno w silniku, jak i obciążeniu, początkowa prędkość obrotowa wynosi zero, dlatego początkowo prąd w silniku jest ograniczony tylko przez rezystancję uzwojenia, silnik pobiera znacznie więcej prądu niż normalnie, a cała energia wchodząca do silnika jest marnowana jak ciepło.

Stopniowo wraz ze wzrostem obciążenia i silnika prędkość Vc rośnie, a zatem V_Ra maleje, a zatem Ia (= (Va-Vc) / Ra) maleje, a silnik przechodzi do normalnej ciągłej pracy. Jeśli inżynierowie wykonali swoją pracę prawidłowo, silnik powinien osiągnąć bezpieczną prędkość roboczą, zanim się przegrzeje.

Mam nadzieję, że w przypadku samochodu silnik zostanie uruchomiony, a rozrusznik odłączony.

Typowy silnik rozruchowy to silnik indukcyjny, który może wytwarzać wysoki moment obrotowy podczas rozruchu. Ma cewkę stojana i cewkę wirnika. Cewka stojana składa się z wielu zwojów drutu miedzianego przymocowanych do wnętrza obudowy silnika. Cewka wirnika składa się z wielu zwojów drutu miedzianego przymocowanych do wału wirnika. Gdy rozrusznik jest włączony, akumulator samochodowy 12 V (V) wysyła prąd do silnika rozrusznika. W tym momencie rezystancja (R) silnika jest tylko rezystancją drutu miedzianego, który tworzy cewki stojana i wirnika, a zatem jest niska (mniej niż 0,05 oma). Początkowy prąd rozruchowy (I) jest zatem wysoki (większy niż 240 amperów; z prawa Ohma I = V / R = 12 / 0,05). jest to szczytowy prąd rozruchowy i będzie trwał tylko ułamek sekundy. Gdy wirnik rozrusznika zaczyna się obracać, pola elektryczne cewki stojana i wirnika oddziałują ze sobą, tworząc „tylne pole elektromagnetyczne”, które jest napięciem wewnętrznym, które przeciwstawia się napięciu wejściowemu z akumulatora. Ruchowi rozrusznika przeciwstawi się siła mechaniczna wymagana do obracania silnika do momentu jego uruchomienia. Silniki rozrusznika są dopasowane do silników, które muszą obracać, tak aby wystarczyły tylko na kilka sekund. Prąd wymagany przez rozrusznik w ciągu tych kilku sekund spadnie do około połowy prądu szczytowego wspomnianego powyżej. Silniki rozrusznika są dopasowane do silników, które muszą obracać, tak aby wystarczyły tylko na kilka sekund. Prąd wymagany przez rozrusznik w ciągu tych kilku sekund spadnie do około połowy prądu szczytowego wspomnianego powyżej. Silniki rozrusznika są dopasowane do silników, które muszą obracać, tak aby wystarczyły tylko na kilka sekund. Prąd wymagany przez rozrusznik w ciągu tych kilku sekund spadnie do około połowy prądu szczytowego wspomnianego powyżej.

Podczas rozruchu silnik rozrusznika pobiera tyle mocy, że napięcie nieco się załamuje (spowodowane przez wewnętrzny opór akumulatora). Dzięki temu moc nominalna P = UI rozrusznika odpowiada prądowi I, który jest wyższy niż to, co obliczasz przy U = 12V (np. Jeśli napięcie zostanie spuszczone do 6 V, prąd jest dwa razy wyższy, aby mieć taki sam moc). Należy również pamiętać, że moc odpowiadająca utracie napięcia i ten sam prąd wytwarzają ciepło w akumulatorze ...