Perché i motorini di avviamento delle auto assorbono così tanta corrente?

Capisco che la maggior parte dei motori dei motorini di avviamento per auto è compresa tra 0,5 kW e 1,5 kW. Ciò non significa che dovrebbero assorbire 40-120 ampere? (500 w / 12 volt ecc.)? Eppure quando iniziano, disegnano centinaia di amplificatori per la frazione di secondo che corrono. Perché succede? I motori sono "overcloccati" durante quel periodo?

Ci vuole MOLTA potenza per far muovere il gruppo rotante - manovella, pistoni (o rotori), ecc. Per riferimento, prova a girare il motore con una barra sulla pedivella. Non è semplicissimo (sebbene parte di ciò sia dovuto alla compressione).

Tutte le parti del gruppo rotante - albero motore, bielle, pistoni, valvole, alberi a camme, catena di distribuzione - si sommano a un pezzo di metallo molto, molto pesante che deve essere mosso da un motore elettrico (motorino di avviamento) abbastanza piccolo per avviare l'auto . Non solo, devono muoversi abbastanza rapidamente perché il ciclo di combustione prenda il sopravvento. Ci vuole molto potere.

Puoi lavorare indietro dai tuoi numeri usando la legge di Ohm (V = I * R) e la definizione di potenza (P = I ^ 2 * R). Il fattore significativo qui è la resistenza, che è enorme in questo contesto.

Quindi, la risposta breve: le parti metalliche sono pesanti e richiedono molta energia per muoversi. Questo è uno dei motivi per cui cose come leghe leggere e compositi sono così importanti nei progetti ad alta efficienza: riducendo il peso delle parti mobili, riduciamo l'energia necessaria per spostarle. Tutto questo surplus va all'output, rendendo più veloce la tua auto / bici / jet pack / astronave.

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Tutti i motori elettrici consumano più corrente all'avvio rispetto allo stato stazionario. Dai un'occhiata all'etichetta sul tuo frigorifero, ad esempio (o guarda questo ): la corrente massima sull'etichetta è 2-3 volte superiore al valore che otterrai dal rapporto potenza / tensione.

La ragione di ciò risiede nelle proprietà dei motori elettrici. Approssimativamente, tali motori hanno una coppia proporzionale alla corrente e una velocità proporzionale alla tensione. Quando il motore si avvia, è necessario molto di più coppia per ottenere in esecuzione di quanto ci si serve in stato stazionario per mantenere in esecuzione. Quindi hai bisogno di più corrente.

A proposito, molte macchine hanno avviatori ancora più potenti (ad esempio un Landcruiser ne ha uno da 2,5 kW). Sono oltre 200 A in stato stazionario. Moltiplicalo per 2 o 3 per ottenere la corrente di avvio e otterrai circa 500 A che la batteria deve essere in grado di fornire.

Una caratteristica dei motori elettrici è che producono la coppia più elevata quando sono fermi, accoppiata a questa è una corrente iniziale molto elevata da 400 a 600A per le auto e i motorini di avviamento commerciali possono superare i 1000A.

Una volta che iniziano a ruotare la domanda attuale diminuisce - ricorda che il rapporto pignone / volano è da 10 a 1 o più, quindi quando il motore viene girato a 500 giri / min, l'avviamento sta facendo 5000 ...

Considera il seguente modello di un motore elettrico a corrente continua

• Va = 12Volt in un'auto
• Ra = la resistenza ohm di avvolgimenti, cavi, batteria ecc.
• La = induttanza (consideralo zero nella prima approssimazione)
• Ia = corrente attraverso il motore
• Vc = Tensione elettromagnetica indotta nel motore (proporzionale alla velocità di rotazione wa)

La potenza nominale di un motore è convenzionalmente definita come la potenza di uscita disponibile (≈Vc * ia) con una combinazione di velocità e coppia. Durante il normale funzionamento continuo la potenza di ingresso (= Va * ia) sarà leggermente superiore alla potenza di uscita.

Ma l'avvio non è "normale funzionamento continuo".

Come prima approssimazione possiamo considerare l'induttanza come zero. La corrente assorbita da un motore a corrente continua dipende quindi da tre elementi, la tensione di alimentazione Va, La resistenza degli avvolgimenti Ra e il "back EMF" Vc che a sua volta dipende dalla velocità di rotazione dei motori. La potenza erogata nel retro EMF (= Vc * ia) viene principalmente erogata al carico mentre la potenza erogata nella resistenza dell'avvolgimento (= ia ia Ra) viene sprecata come calore negli avvolgimenti.

A causa delle intertie sia nel motore che nel carico, la velocità di rotazione iniziale è zero, quindi inizialmente la corrente nel motore è limitata solo dalla resistenza dell'avvolgimento, il motore assorbe molta più corrente del normale e tutta la potenza che entra nel motore viene sprecata come calore.

Man mano che il carico e il motore arrivano alla velocità Vc aumenta, quindi V_Ra diminuisce, quindi anche Ia (= (Va-Vc) / Ra) diminuisce e il motore passa al normale funzionamento continuo. Se gli ingegneri hanno fatto bene il loro lavoro, il motore dovrebbe raggiungere una velocità operativa sicura prima che si surriscaldi.

Nel caso di un'auto, si spera che il motore si avvii e il motorino di avviamento sia scollegato.

Un tipico motorino di avviamento è un motore a induzione che può produrre una coppia elevata all'avviamento. Ha una bobina di statore e una bobina di rotore. La bobina dello statore è composta da molti giri di filo di rame che sono fissati all'interno dell'alloggiamento del motore. La bobina del rotore è composta da molti giri di filo di rame che sono fissati all'albero del rotore. Quando lo starter è acceso, la batteria dell'auto da 12 Volt (V) invia corrente al motorino di avviamento. In questo momento la resistenza (R) del motore è solo la resistenza del filo di rame che costituisce le bobine dello statore e del rotore ed è quindi bassa (inferiore a 0,05 ohm). La corrente iniziale iniziale (I) è quindi alta (maggiore di 240 Amp; da Ohm Law I = V / R = 12 / 0.05). questa è la corrente di picco iniziale e durerà solo una frazione di secondo. Quando il rotore del motorino di avviamento inizia a girare, i campi elettrici delle bobine di statore e rotore interagiranno per produrre un "EMF posteriore" che è una tensione interna che si oppone alla tensione di ingresso dalla batteria. Il movimento del motorino di avviamento sarà contrastato dalla forza meccanica richiesta per capovolgere il motore fino all'avvio. I motorini di avviamento sono abbinati ai motori che sono tenuti a girare, in modo tale da essere tenuti a girare il motore solo per pochi secondi. La corrente richiesta dal motorino di avviamento durante questi pochi secondi scenderà a circa la metà della corrente di picco sopra menzionata. I motorini di avviamento sono abbinati ai motori che sono tenuti a girare, in modo tale da essere tenuti a girare il motore solo per pochi secondi. La corrente richiesta dal motorino di avviamento durante questi pochi secondi scenderà a circa la metà della corrente di picco sopra menzionata. I motorini di avviamento sono abbinati ai motori che sono tenuti a girare, in modo tale da essere tenuti a girare il motore solo per pochi secondi. La corrente richiesta dal motorino di avviamento durante questi pochi secondi scenderà a circa la metà della corrente di picco sopra menzionata.

Durante l'avviamento, il motorino di avviamento assorbe così tanta potenza che la tensione collassa leggermente (causata dalla resistenza interna della batteria). In questo modo, la potenza nominale P = UI dell'avviatore corrisponde a una corrente I che è superiore a quella calcolata con U = 12V (ad esempio, se la tensione viene scaricata a 6 V, la corrente è due volte più alta per avere lo stesso energia). Inoltre, si noti che la potenza corrispondente alla perdita di tensione e la stessa corrente producono calore nella batteria ...