Dlaczego rozruszniki samochodowe pobierają tak duży prąd?

19

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?

Andrei Grigore
źródło
10
Termin „podkręcony” nie ma żadnego znaczenia dla silnika prądu stałego. „zegar” oznacza sygnał przemienny o stałej częstotliwości.
Dmitrij Grigoryev,
1
Wiem ... dlatego użyłem cytatów. Po prostu nie mogłem wymyślić lepszego terminu (nie jestem rodzimym językiem angielskim), więc pomyślałem o analogii z procesorami komputera.
Andrei Grigore,
1
Przychodzi mi na myśl słowo przesterowane , ale sam nie jestem do końca pewien.
Dmitrij Grigoryev,
1
Po kilku komentarzach rozumiem teraz twoje pytanie jako „dlaczego prąd rozruchowy dla silnika elektrycznego jest znacznie wyższy niż wartość znamionowa (trwała)?”. Mogę powiedzieć, że dotyczy to każdego silnika elektrycznego (zgodnie z moją najlepszą wiedzą). Przy takim sformułowaniu to pytanie może być bardziej odpowiednie na stronie electronics.stackexchange.com.
Quentin,
1
Głosuję za zamknięciem tego pytania jako nie na temat, ponieważ jest ono bardziej odpowiednie na stronie electronic.stackexchange.com, ponieważ ogólnie dotyczy bieżącego poboru silników elektrycznych.
Leliel,

Odpowiedzi:

16

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.

3Dave
źródło
27
Część elektryczna twojego postu jest nieprawidłowa. „Opór mechaniczny” bardzo różni się od elektrycznego. Opór elektryczny rozrusznika jest z pewnością niższy niż się wydaje. Co więcej, silnik elektryczny nie przestrzega prawa omowego (a nawet gdyby tak było, potrzebny byłby niski opór, aby mieć wysoki prąd). Rezystancja w silniku elektrycznym to czyste straty (ciepło), więc producenci starają się go zminimalizować.
Quentin,
3
Ta odpowiedź w pewnym sensie pomija sens pytania IMO. Jeśli uruchomienie silnika wymaga dużej mocy, rozrusznik potrzebuje dużo watów, a nie dodatkowych wzmacniaczy.
Dmitrij Grigoryev,
5
@DmitryGrigoryev z (w przybliżeniu) stałym źródłem napięcia (akumulator samochodowy), większa moc oznacza więcej prądu (P = u * i). więc potrzebna jest duża moc mechaniczna => potrzebna jest duża ilość energii elektrycznej => potrzebna jest duża ilość prądu (jeśli stosowane jest źródło prądu stałego niskiego napięcia, takie jak akumulator samochodowy).
Quentin,
14
To nie powinna być zaakceptowana odpowiedź, ponieważ nie wyjaśnia początkowego prądu udarowego, o który konkretnie poprosił PO. Nie ma wzmianki o tylnym polu elektromagnetycznym generowanym przez silnik w ruchu, a także o tym, że nie ma przeszkody dla wysokiego prądu przedniego, gdy silnik zaczyna się poruszać. en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromotive_force
u
1
@DmitryGrigoryev rzeczywiście jest zdefiniowany tylko dla wartości chwilowych. Zaczynam lepiej rozumieć pierwotne pytanie, które rozumiem teraz jako „dlaczego prąd rozruchowy / szczytowy dla silnika elektrycznego jest znacznie wyższy niż wartość znamionowa (trwała)?”. Przy takim sformułowaniu to pytanie może być bardziej odpowiednie na stronie electronics.stackexchange.com.
Quentin,
29

Wszystkie silniki elektryczne zużywają więcej prądu podczas rozruchu w porównaniu do stanu ustalonego. Sprawdź na przykład etykietę na lodówce (lub spójrz na ): 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.

Dmitrij Grigoriew
źródło
5
@AndreiGrigore Rozumiem. Właśnie dodałem ostatni akapit na wypadek, gdyby ludzie zastanawiali się, do czego służą te duże akumulatory 600A.
Dmitrij Grigoriew
2
Jesteś mylący przyczyna i skutek. Silnik nie pobiera dużego prądu, ponieważ „musi” wytworzyć wysoki moment obrotowy. Zamiast tego silnik stacjonarny jest po prostu cewką z drutu o niskiej rezystancji. Ciągnie wysoki prąd z powodu prawa Ohma, a ten wysoki prąd powoduje silne pole magnetyczne, które z kolei wytwarza wysoki moment obrotowy.
David Richerby,
1
@DavidRicherby W takim razie jesteś mylący przyczyna i skutek w prawie Ohma. Cewka nie „pobiera” prądu, po prostu nie może się oprzeć prądowi, przez który przepływa przez nią napięcie.
Dmitrij Grigoryev,
1
@DmitryGrigoryev To właśnie oznacza wyrażenie „narysuj prąd”. Oczywiście drut nie wysysa prądu z akumulatora: zapewnia ścieżkę o niskiej rezystancji. W każdym razie wydajesz się odpowiadać na sformułowanie mojego komentarza, a nie na jego rzeczywistą treść.
David Richerby,
1
@DavidRicherby Cóż, silnik również nie musi wytwarzać momentu obrotowego, jest po prostu zmuszony do pewnej prędkości obrotowej przez przyłożone do niego napięcie, a jedynym sposobem na osiągnięcie tej prędkości w obecności tarcia i bezwładności jest wytworzenie wystarczający moment obrotowy. Być może odpowiadam na frazę twojego komentarza, ponieważ nie rozumiem faktycznej treści.
Dmitrij Grigoryev,
8

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 ...

Solar Mike
źródło
2

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.

Peter Green
źródło
2

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.

PAUL SOLEYN
źródło
Dobra odpowiedź, Paul. Witamy w serwisie i naprawie pojazdów silnikowych. Jest to znane jako kilka rzeczy: prąd rozruchowy, prąd rozruchowy, prąd zablokowanego wirnika ... i jest to powód, dla którego do akumulatora z rozrusznika jest silny drut.
Bevan
1

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 ...

Hagen von Eitzen
źródło
1
Dobre akumulatory powinny tracić nie więcej niż 25% napięcia znamionowego podczas rozruchu. Akumulator obniżający się do 6 V może nie wystarczyć do uruchomienia silnika.
Dmitrij Grigoriew
Ponadto w rozruszniku nie ma nic, co ogranicza go do mocy nominalnej. Jeśli zgaśniesz silnik (ze sprzęgłem i hamulcami) i włączysz rozrusznik, będzie on próbował dostarczyć około dwa lub trzy razy więcej mocy znamionowej, oczywiście nie na długo.
Dmitrij Grigoryev