Warum ziehen Autostarter so viel Strom?

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Ich verstehe, dass die Leistung der meisten Autostarter zwischen 0,5 kW und 1,5 kW liegt. Bedeutet das nicht, dass sie 40-120 Ampere ziehen sollen? (500 w / 12 Volt usw.)? Doch wenn sie anfangen, ziehen sie Hunderte von Ampere für den Bruchteil einer Sekunde, den sie laufen. Warum passiert das? Sind die Motoren in dieser Zeit "übertaktet"?

Andrei Grigore
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Der Begriff "übertaktet" hat für einen Gleichstrommotor keine Bedeutung. "Uhr" bedeutet ein Wechselsignal mit einer festen Frequenz.
Dmitry Grigoryev
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Ich weiß ... deshalb habe ich Zitate verwendet. Ich konnte mir keinen besseren Begriff vorstellen (ich bin kein englischer Muttersprachler), also dachte ich an eine Analogie mit Computer-CPUs.
Andrei Grigore
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Das Wort übersteuert fällt mir ein, aber ich bin mir nicht ganz sicher.
Dmitry Grigoryev
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Nach einigen Kommentaren verstehe ich nun Ihre Frage als "Warum ist der Anlaufstrom für einen Elektromotor deutlich höher als der Nennwert (Dauerbetriebswert)?". Ich kann Ihnen sagen, dass dies für jeden Elektromotor gilt (nach meinem besten Wissen). Mit diesem Wortlaut ist diese Frage unter electronics.stackexchange.com möglicherweise geeigneter.
Quentin
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Ich stimme dafür, diese Frage als "Off-Topic" zu schließen, da sie auf electronics.stackexchange.com angemessener ist, da es um die aktuelle Auslosung von Elektromotoren im Allgemeinen geht.
Leliel

Antworten:

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Es ist VIEL Kraft erforderlich, um die rotierende Baugruppe - Kurbel, Kolben (oder Rotoren) usw. - in Bewegung zu setzen. Versuchen Sie als Referenz, Ihren Motor mit einer Unterbrecherstange an der Kurbel umzudrehen. Es ist nicht sehr einfach (obwohl ein Teil davon auf die Komprimierung zurückzuführen ist).

Alle Teile der rotierenden Baugruppe - Kurbelwelle, Pleuel, Kolben, Ventile, Nockenwellen, Steuerkette - ergeben ein sehr schweres Stück Metall, das von einem relativ kleinen Elektromotor (Anlasser) bewegt werden muss, um das Auto zu starten . Nicht nur das, sie müssen sich ziemlich schnell bewegen, damit der Verbrennungszyklus die Kontrolle übernimmt. Das kostet viel Kraft.

Sie können mit dem Ohmschen Gesetz (V = I * R) und der Definition der Potenz (P = I ^ 2 * R) von Ihren Zahlen rückwärts arbeiten. Der entscheidende Faktor ist hier der Widerstand, der in diesem Zusammenhang enorm ist.

Die kurze Antwort lautet also: Metallteile sind schwer und benötigen viel Energie, um sich zu bewegen. Dies ist einer der Gründe, warum Dinge wie Leichtmetalle und Verbundwerkstoffe bei hocheffizienten Konstruktionen so wichtig sind: Indem wir das Gewicht der beweglichen Teile reduzieren, reduzieren wir den Energiebedarf, um sie zu bewegen. All dieser Überschuss fließt in den Output und beschleunigt Ihr Auto / Fahrrad / Jet-Pack / Raumschiff.

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3Dave
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Der elektrische Teil Ihres Beitrags ist falsch. Der "mechanische Widerstand" unterscheidet sich stark vom elektrischen. Der elektrische Widerstand eines Anlassers ist mit Sicherheit niedriger als von Ihnen behauptet. Außerdem folgt ein Elektromotor nicht dem Ohmschen Gesetz (und selbst wenn dies der Fall wäre, bräuchte man einen niedrigen Widerstand, um einen hohen Strom zu haben). Der Widerstand in einem Elektromotor ist reine Verluste (Wärme), daher versuchen die Hersteller, ihn zu minimieren.
Quentin
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Diese Art von Antwort verfehlt den Punkt der Frage IMO. Wenn es viel Kraft kostet, das Auto anzulassen, braucht der Anlasser viel Watt, keine zusätzlichen Ampere.
Dmitry Grigoryev
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@DmitryGrigoryev mit einer (ungefähr) konstanten Spannungsquelle (Autobatterie), mehr Leistung entspricht mehr Strom (P = u * i). Also viel mechanische Energie => viel elektrische Energie => viel Strom (wenn eine Niederspannungs-Gleichstromquelle wie eine Autobatterie verwendet wird).
Quentin
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Dies sollte nicht die akzeptierte Antwort sein, da dies nicht den anfänglichen Stoßstrom erklärt, nach dem das OP speziell gefragt hat. Es wird nicht erwähnt, dass die vom Motor erzeugte Gegen-EMK in Bewegung ist und dass daher der hohe Vorwärtsstrom beim Anlaufen des Motors nicht behindert wird. en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromotive_force
uɐɪ
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@DmitryGrigoryev in der Tat ist es nur für Momentanwerte definiert. Ich fange an, die ursprüngliche Frage, die ich jetzt als "Warum ist der Anlauf- / Spitzenstrom für einen Elektromotor signifikant höher als der Nennwert (Dauerwert)" verstehe, besser zu verstehen. Mit diesem Wortlaut ist diese Frage unter electronics.stackexchange.com möglicherweise geeigneter.
Quentin
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Alle Elektromotoren verbrauchen beim Start mehr Strom als im eingeschwungenen Zustand. Schauen Sie sich zum Beispiel das Etikett an Ihrem Kühlschrank an (oder sehen Sie sich dieses an ): Der maximale Strom auf dem Etikett ist 2-3 mal höher als der Wert, den Sie vom Verhältnis von Strom zu Spannung erhalten würden.

Der Grund dafür liegt in den Eigenschaften von Elektromotoren. Etwa solche Motoren haben ein Drehmoment proportional zum Strom und eine Drehzahl proportional zur Spannung. Wenn der Motor anläuft, benötigen Sie viel mehr Drehmoment, um ihn zum Laufen zu bringen , als Sie im eingeschwungenen Zustand benötigen, um ihn am Laufen zu halten . Daher brauchst du mehr Strom.

Übrigens haben viele Autos noch leistungsstärkere Starter (zB ein Landcruiser hat einen 2,5 kW-Starter). Das sind über 200 A im eingeschwungenen Zustand. Multiplizieren Sie dies mit 2 oder 3, um den Startstrom zu erhalten, und Sie erhalten ungefähr 500 A, die die Batterie liefern muss.

Dmitry Grigoryev
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@AndreiGrigore Ich verstehe. Ich habe gerade den letzten Absatz hinzugefügt, falls sich Leute fragen, wozu diese großen 600A-Batterien gut sind.
Dmitry Grigoryev
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Sie verwechseln Ursache und Wirkung. Der Motor zieht keinen hohen Strom, weil er ein hohes Drehmoment "entwickeln" muss. Ein stationärer Motor ist vielmehr nur eine Spule aus niederohmigem Draht. Es zieht aufgrund des Ohmschen Gesetzes einen hohen Strom und dieser hohe Strom verursacht ein starkes Magnetfeld, das wiederum ein hohes Drehmoment erzeugt.
David Richerby
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@DavidRicherby Dann verwirrst du Ursache und Wirkung im Ohmschen Gesetz. Die Spule "zieht" keinen Strom, sie kann einfach nicht dem Strom widerstehen, den die Spannung durch sie drückt.
Dmitry Grigoryev
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@DmitryGrigoryev Das ist, was der Ausdruck "Strom ziehen" bedeutet. Natürlich saugt der Draht irgendwie keinen Strom aus der Batterie: Er liefert einen niederohmigen Pfad. Auf jeden Fall scheinen Sie auf die Formulierung meines Kommentars zu antworten, nicht auf den tatsächlichen Inhalt.
David Richerby
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@DavidRicherby Nun, der Motor muss auch kein Drehmoment "erzeugen", er wird lediglich durch die anliegende Spannung auf eine bestimmte Drehzahl gezwungen, und die einzige Möglichkeit, diese Drehzahl bei Vorhandensein von Reibung und Trägheit zu entwickeln, besteht in der Erzeugung eines Drehmoments ausreichend Drehmoment. Vielleicht antworte ich auf die Formulierung Ihres Kommentars, weil ich den tatsächlichen Inhalt nicht verstehe.
Dmitry Grigoryev
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Ein Merkmal von Elektromotoren ist, dass sie im Stillstand das höchste Drehmoment erzeugen, gekoppelt mit einem sehr hohen Anfangsstrom von 400 bis 600 A für Autos und kommerziellen Anlassermotoren, die 1000 A überschreiten können.

Sobald sie anfangen sich zu drehen, sinkt der Strombedarf - denken Sie daran, dass das Ritzel / Schwungrad-Verhältnis 10 zu 1 oder mehr beträgt. Wenn der Motor bei 500 U / min gedreht wird, macht der Anlasser 5000 ...

Solar Mike
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Betrachten Sie das folgende Modell eines elektrischen Gleichstrommotors

  • Va = 12 Volt in einem Auto
  • Ra = der Ohm-Widerstand von Wicklungen, Kabeln, Batterien usw.
  • La = Induktivität (in erster Näherung als Null betrachten)
  • Ia = Strom durch Motor
  • Vc = In den Motor induzierte elektromagnetische Spannung (proportional zur Drehzahl wa)

Die Nennleistung eines Motors wird herkömmlicherweise als die verfügbare Ausgangsleistung (≈Vc * ia) bei einer Kombination aus Drehzahl und Drehmoment definiert. Bei normalem Dauerbetrieb ist die Eingangsleistung (= Va * ia) etwas höher als die Ausgangsleistung.

Der Anlauf ist aber kein "normaler Dauerbetrieb".

In erster Näherung können wir die Induktivität als Null behandeln. Der von einem Gleichstrommotor aufgenommene Strom hängt dann von drei Dingen ab, der Versorgungsspannung Va, dem Widerstand der Wicklungen Ra und der "Gegen-EMK" Vc, die wiederum von der Motordrehzahl abhängt. In die Gegen-EMK abgegebene Leistung (= Vc * ia) wird meistens an die Last abgegeben, während in den Wicklungswiderstand abgegebene Leistung (= ia ia Ra) als Wärme in den Wicklungen verschwendet wird.

Aufgrund von Trägheit sowohl im Motor als auch in der Last ist die anfängliche Drehzahl Null, daher wird der Strom im Motor anfänglich nur durch den Wicklungswiderstand begrenzt, der Motor zieht viel mehr Strom als normal und die gesamte in den Motor eintretende Leistung wird verschwendet als wärme.

Wenn die Last und der Motor allmählich die Drehzahl Vc erreichen, nimmt V_Ra ab, so dass auch Ia (= (Va - Vc) / Ra) abnimmt und der Motor in den normalen Dauerbetrieb übergeht. Wenn die Ingenieure ihre Arbeit richtig gemacht haben, sollte der Motor eine sichere Betriebsdrehzahl erreichen, bevor er überhitzt.

Im Falle eines Autos springt dann hoffentlich der Motor an und der Anlasser wird abgeklemmt.

Peter Green
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Ein typischer Anlasser ist ein Induktionsmotor, der beim Starten ein hohes Drehmoment erzeugen kann. Es hat eine Statorspule und eine Rotorspule. Die Statorspule besteht aus vielen Windungen aus Kupferdraht, die an der Innenseite des Motorgehäuses befestigt sind. Die Rotorspule besteht aus vielen Windungen aus Kupferdraht, die an der Rotorwelle befestigt sind. Wenn der Anlasser eingeschaltet ist, sendet die 12 Volt (V) Autobatterie Strom an den Anlasser. Zu diesem Zeitpunkt ist der Widerstand (R) des Motors nur der Widerstand des Kupferdrahtes, aus dem die Stator- und Rotorspulen bestehen, und ist daher niedrig (weniger als 0,05 Ohm). Der anfängliche Anlaufstrom (I) ist daher hoch (größer als 240 Ampere; aus dem Ohmschen Gesetz I = V / R = 12 / 0,05). Dies ist der Spitzenstartstrom und dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde. Wenn sich der Anlasser zu drehen beginnt, Die elektrischen Felder der Stator- und Rotorspule wirken zusammen, um eine "Gegen-EMK" zu erzeugen, bei der es sich um eine interne Spannung handelt, die der Eingangsspannung von der Batterie entgegengesetzt ist. Der Bewegung des Anlassers wird die mechanische Kraft entgegengesetzt, die erforderlich ist, um den Motor bis zum Start zu drehen. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, so dass sie den Motor nur einige Sekunden drehen müssen. Der vom Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigte Strom sinkt auf etwa die Hälfte des oben genannten Spitzenstroms. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, so dass sie den Motor nur einige Sekunden drehen müssen. Der vom Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigte Strom sinkt auf etwa die Hälfte des oben genannten Spitzenstroms. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, so dass sie den Motor nur einige Sekunden drehen müssen. Der vom Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigte Strom sinkt auf etwa die Hälfte des oben genannten Spitzenstroms.

PAUL SOLEYN
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Gute Antwort, Paul. Willkommen bei Motor Vehicle Maintenance & Repair. Dies ist aus mehreren Gründen bekannt: Einschaltstrom, Anlaufstrom, Blockierstrom ... und dies ist der Grund, warum der Starter direkt mit der Batterie verbunden ist.
Bevan
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Während des Startens zieht der Anlasser so viel Strom, dass die Spannung etwas zusammenbricht (verursacht durch den Innenwiderstand der Batterie). Dadurch entspricht die Nennleistung P = UI des Anlassers einem Strom I, der höher ist als der, den Sie mit U = 12V berechnen (z. B. wenn die Spannung auf 6V abgesenkt wird, ist der Strom doppelt so hoch, um denselben zu haben Leistung). Beachten Sie auch, dass die Leistung, die dem Spannungsverlust und dem gleichen Strom entspricht, Wärme in der Batterie erzeugt ...

Hagen von Eitzen
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Gute Batterien sollten beim Anlassen nicht mehr als 25% ihrer Nennspannung verlieren. Eine auf 6 V gesunkene Batterie reicht möglicherweise nicht aus, um den Motor zu starten.
Dmitry Grigoryev
Auch im Anlasser ist nichts, was ihn auf die Nennleistung beschränkt. Wenn Sie den Motor (mit Kupplung und Bremse) abstellen und den Anlasser einschalten, wird er versuchen, möglicherweise die doppelte oder dreifache Nennleistung zu liefern, natürlich nicht lange.
Dmitry Grigoryev