ทำไมรถยนต์สตาร์ทมอเตอร์ถึงมีกระแสมาก?

ฉันเข้าใจว่ากำลังของมอเตอร์สตาร์ทเตอร์รถยนต์ส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 0.5kw ถึง 1.5kw นั่นไม่ได้หมายความว่าพวกเขาควรจะวาด 40-120 แอมป์ใช่ไหม (500 w / 12 volts ฯลฯ .. )? แต่เมื่อพวกเขาเริ่มต้นพวกเขาวาด hundreads ของแอมป์เป็นวินาทีที่พวกเขาทำงาน ทำไมถึงเกิดขึ้น? มอเตอร์ถูก "โอเวอร์คล็อก" ในช่วงเวลาดังกล่าวหรือไม่?

ต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการรับชุดหมุน - ข้อเหวี่ยงลูกสูบ (หรือใบพัด) ฯลฯ - กำลังเคลื่อนที่ สำหรับการอ้างอิงให้ลองหมุนเครื่องยนต์ของคุณด้วยแถบเบรกเกอร์ที่ข้อเหวี่ยง มันไม่ง่ายเลย (แม้ว่าบางอันจะเป็นการบีบอัดข้อมูล)

ชิ้นส่วนทั้งหมดในชุดประกอบที่หมุนได้ - เพลาข้อเหวี่ยงก้านสูบลูกสูบลูกสูบเพลาลูกเบี้ยวโซ่ไทม์มิ่ง - เพิ่มชิ้นส่วนโลหะที่หนักมากและหนักมากซึ่งต้องเคลื่อนย้ายด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก (สตาร์ทเตอร์) เพื่อสตาร์ทรถ . ไม่เพียงเท่านั้นพวกเขาจะต้องเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเพื่อให้วงจรการเผาไหม้หมดไป ที่ใช้พลังงานมาก

คุณสามารถใช้ตัวเลขย้อนหลังโดยใช้กฎของโอห์ม (V = I * R) และนิยามพลังงาน (P = I ^ 2 * R) ปัจจัยสำคัญคือความต้านทานซึ่งมีขนาดใหญ่มากในบริบทนี้

คำตอบสั้น ๆ : ชิ้นส่วนโลหะหนักและใช้พลังงานมากในการเคลื่อนย้าย นี่คือเหตุผลหนึ่งที่สิ่งต่าง ๆ เช่นโลหะผสมที่มีน้ำหนักเบาและคอมโพสิตมีความสำคัญในการออกแบบที่มีประสิทธิภาพสูง: โดยการลดน้ำหนักของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเราจะลดพลังงานที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้าย ส่วนเกินทั้งหมดนั้นไปที่ผลลัพธ์ทำให้รถยนต์ / จักรยาน / เจ็ทแพ็ค / ยานอวกาศของคุณเร็วขึ้น

ปรับปรุง

ดูความคิดเห็นสำหรับข้อมูลที่ดีขึ้น

มอเตอร์ไฟฟ้าทุกตัวใช้กระแสไฟฟ้ามากกว่าเมื่อเริ่มต้นเมื่อเทียบกับสภาวะคงที่ ตรวจสอบฉลากบนตู้เย็นของคุณ (หรือดูที่นี่ ): กระแสสูงสุดบนฉลากสูงกว่าค่าที่คุณได้รับ 2-3 เท่าจากอัตราส่วนพลังงานต่อแรงดันไฟฟ้า

เหตุผลเบื้องหลังนี้อยู่ในคุณสมบัติของมอเตอร์ไฟฟ้า มอเตอร์ดังกล่าวมีแรงบิดตามสัดส่วนของกระแสและความเร็วตามสัดส่วนของแรงดันไฟฟ้า เมื่อมอเตอร์เริ่มต้นที่คุณต้องการแรงบิดมากขึ้นเพื่อจะได้รับมันทำงานเกินกว่าที่คุณจะต้องอยู่ในสภาพที่มั่นคงเพื่อให้มันทำงาน ดังนั้นคุณต้องการกระแสมากขึ้น

อย่างไรก็ตามรถยนต์จำนวนมากมี starters ที่ทรงพลังกว่า (เช่น Landcruiser มี 2.5 kW หนึ่งคัน) นั่นคือมากกว่า 200 A ในสถานะมั่นคง คูณด้วย 2 หรือ 3 เพื่อให้ได้กระแสเริ่มต้นและคุณจะได้ประมาณ 500 A ที่แบตเตอรี่จะต้องสามารถให้ได้

ลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้าคือพวกเขาสร้างแรงบิดสูงสุดเมื่ออยู่กับที่ซึ่งประกอบกับนี่คือกระแสเริ่มต้นที่สูงมากถึง 400 ถึง 600A สำหรับรถยนต์และมอเตอร์สตาร์ทเชิงพาณิชย์สามารถเกิน 1,000A

เมื่อพวกเขาเริ่มหมุนความต้องการในปัจจุบันลดลง - จำไว้ว่าอัตราส่วนปีกนก / มู่เล่คือ 10 ต่อ 1 หรือมากกว่าดังนั้นเมื่อเครื่องยนต์ถูกหมุนที่ 500 รอบต่อนาทีสตาร์ทเตอร์ก็ทำงานได้ 5,000 ...

พิจารณามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงรุ่นต่อไปนี้

• Va = 12Volts ในรถยนต์
• Ra = ความต้านทานโอห์มของขดลวดสายเคเบิลแบตเตอรี่ ฯลฯ
• La = เหนี่ยวนำ (พิจารณาว่าเป็นศูนย์ในการประมาณครั้งแรก)
• Ia = กระแสผ่านมอเตอร์
• Vc = แรงดันไฟฟ้าแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นในมอเตอร์ (สัดส่วนกับความเร็วในการหมุน wa)

กำลังไฟของมอเตอร์ถูกกำหนดตามอัตภาพว่าเป็นกำลังเอาต์พุตที่ใช้ได้ (≈Vc * ia) ที่ความเร็วและแรงบิดรวมกัน ภายใต้การทำงานปกติอย่างต่อเนื่องกำลังไฟฟ้าเข้า (= Va * ia) จะสูงกว่ากำลังขับเล็กน้อย

แต่การเริ่มต้นไม่ใช่ "การดำเนินการต่อเนื่องปกติ"

ในฐานะที่เป็นครั้งแรกที่ประมาณเราสามารถรักษาความเหนี่ยวนำเป็นศูนย์ กระแสไฟฟ้าที่ถูกดึงด้วยมอเตอร์กระแสตรงนั้นจะขึ้นอยู่กับสามสิ่งคือแรงดันไฟฟ้าของ Va, ความต้านทานของขดลวด Ra และ Vc "back EMF" ซึ่งจะขึ้นอยู่กับความเร็วการหมุนของมอเตอร์ พลังงานที่ส่งไปยัง EMF ด้านหลัง (= Vc * ia) ส่วนใหญ่ถูกส่งไปยังโหลดขณะที่พลังงานที่ส่งไปยังความต้านทานการพัน (= ia ia Ra) จะสูญเปล่าเนื่องจากความร้อนในขดลวด

เนื่องจาก intertia ทั้งในมอเตอร์และโหลดความเร็วในการหมุนเริ่มต้นเป็นศูนย์ดังนั้นในขั้นต้นกระแสในมอเตอร์จะถูก จำกัด ด้วยความต้านทานที่ขดลวดเท่านั้นมอเตอร์จะดึงกระแสไฟฟ้ามากกว่าปกติและพลังงานทั้งหมดที่เข้าสู่มอเตอร์จะสูญเปล่า เป็นความร้อน

เมื่อภาระและมอเตอร์เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อเพิ่มความเร็ว Vc ดังนั้น V_Ra จึงลดลงดังนั้น Ia (= (Va-Vc) / Ra) จะลดลงเช่นกันและมอเตอร์จะเปลี่ยนเป็นการทำงานปกติอย่างต่อเนื่อง หากวิศวกรทำงานได้ถูกต้องมอเตอร์ควรถึงความเร็วในการทำงานที่ปลอดภัยก่อนที่มันจะร้อนเกินไป

ในกรณีของรถหวังว่าเครื่องยนต์จะสตาร์ทและถอดมอเตอร์สตาร์ท

มอเตอร์สตาร์ททั่วไปคือมอเตอร์เหนี่ยวนำซึ่งสามารถสร้างแรงบิดสูงเมื่อสตาร์ท มันมีขดลวดสเตเตอร์และขดลวดโรเตอร์ ขดลวดสเตเตอร์ประกอบด้วยขดลวดทองแดงหลายรอบที่ยึดติดกับด้านในของตัวเรือนมอเตอร์ ขดลวดโรเตอร์ประกอบด้วยลวดทองแดงหลายรอบที่ยึดติดกับเพลาโรเตอร์ เมื่อสตาร์ทเครื่องเปิดแบตเตอรี่รถยนต์ 12 โวลต์ (V) จะส่งกระแสไปยังมอเตอร์สตาร์ท ในทันทีนี้ความต้านทาน (R) ของมอเตอร์เป็นเพียงความต้านทานของลวดทองแดงที่ประกอบสเตเตอร์และขดลวดโรเตอร์และดังนั้นจึงต่ำ (น้อยกว่า 0.05 โอห์ม) กระแสเริ่มต้นเริ่มต้น (I) นั้นสูง (มากกว่า 240 แอมป์) จากกฎของโอห์ม I = V / R = 12 / 0.05) นี่เป็นจุดเริ่มต้นสูงสุดในปัจจุบันและจะอยู่เพียงเสี้ยววินาที เมื่อโรเตอร์สตาร์ทมอเตอร์เริ่มหมุน สนามไฟฟ้าของขดลวดสเตเตอร์และโรเตอร์จะทำงานร่วมกันเพื่อสร้าง "back EMF" ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าภายในซึ่งต่อต้านแรงดันอินพุตจากแบตเตอรี่ การเคลื่อนไหวของมอเตอร์สตาร์ทเตอร์จะถูกต่อต้านโดยแรงทางกลที่จำเป็นในการหมุนเครื่องยนต์ไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะสตาร์ท มอเตอร์สตาร์ทเตอร์นั้นถูกจับคู่กับเครื่องยนต์ที่พวกเขาต้องเลี้ยวดังนั้นพวกเขาจะต้องหมุนเครื่องยนต์เพียงไม่กี่วินาที กระแสที่ต้องการโดยมอเตอร์สตาร์ทในช่วงไม่กี่วินาทีเหล่านี้จะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของกระแสสูงสุดที่กล่าวถึงข้างต้น มอเตอร์สตาร์ทเตอร์นั้นถูกจับคู่กับเครื่องยนต์ที่พวกเขาต้องเลี้ยวดังนั้นพวกเขาจะต้องหมุนเครื่องยนต์เพียงไม่กี่วินาที กระแสที่ต้องการโดยมอเตอร์สตาร์ทในช่วงไม่กี่วินาทีเหล่านี้จะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของกระแสสูงสุดที่กล่าวถึงข้างต้น มอเตอร์สตาร์ทเตอร์นั้นถูกจับคู่กับเครื่องยนต์ที่พวกเขาต้องเลี้ยวดังนั้นพวกเขาจะต้องหมุนเครื่องยนต์เพียงไม่กี่วินาที กระแสที่ต้องการโดยมอเตอร์สตาร์ทในช่วงไม่กี่วินาทีเหล่านี้จะลดลงเหลือประมาณครึ่งหนึ่งของกระแสสูงสุดที่กล่าวถึงข้างต้น

ในช่วงเริ่มต้นมอเตอร์สตาร์ทจะดึงพลังงานมากจนแรงดันไฟฟ้ายุบลงบ้าง (เกิดจากความต้านทานภายในของแบตเตอรี่) ด้วยวิธีนี้กำลังไฟ P = UI ของสตาร์ทเตอร์สอดคล้องกับกระแส I ที่สูงกว่าที่คุณคำนวณด้วย U = 12V (เช่นหากแรงดันไฟฟ้าถูกระบายลงไปที่ 6V กระแสจะสูงเป็นสองเท่า พลังงาน) นอกจากนี้โปรดทราบว่าพลังงานที่สอดคล้องกับการสูญเสียของแรงดันไฟฟ้าและกระแสเดียวกันผลิตความร้อนในแบตเตอรี่ ...