¿Por qué los motores de arranque de automóviles consumen tanta corriente?

Entiendo que la potencia de la mayoría de los motores de arranque de automóviles está clasificada entre 0.5kw y 1.5kw. ¿No significa eso que se supone que deben dibujar 40-120 amperios? (500 w / 12 voltios, etc.)? Sin embargo, cuando comienzan, dibujan cientos de amplificadores por la fracción de segundo que corren. ¿Por qué sucede eso? ¿Están los motores "overclockeados" durante ese período?

Se necesita MUCHA potencia para hacer que el conjunto giratorio (manivela, pistones (o rotores), etc.) se mueva. Como referencia, intente girar el motor con una barra de interruptores en la manivela. No es súper fácil (aunque parte de eso se debe a la compresión).

Todas las piezas en el conjunto giratorio (cigüeñal, bielas, pistones, válvulas, árboles de levas, cadena de distribución) se suman a una pieza de metal muy, muy pesada que debe ser movida por un motor eléctrico (arrancador) bastante pequeño para arrancar el automóvil. . No solo eso, tienen que moverse bastante rápido para que el ciclo de combustión se haga cargo. Eso requiere mucho poder.

Puede trabajar hacia atrás desde sus números utilizando la ley de Ohm (V = I * R) y la definición de potencia (P = I ^ 2 * R). El factor significativo aquí es la resistencia, que es enorme en este contexto.

Entonces, la respuesta corta: las piezas de metal son pesadas y requieren mucha energía para moverse. Esta es una razón por la que cosas como las aleaciones ligeras y los compuestos son tan importantes en los diseños de alta eficiencia: al reducir el peso de las piezas móviles, reducimos la energía requerida para moverlas. Todo ese excedente se destina a la salida, lo que hace que su automóvil / bicicleta / jet pack / nave espacial sea más rápido.

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Todos los motores eléctricos consumen más corriente en el arranque en comparación con el estado estacionario. Consulte la etiqueta de su refrigerador, por ejemplo (o mire esta ): la corriente máxima en la etiqueta es 2-3 veces mayor que el valor que obtendría de la relación de potencia a voltaje.

La razón detrás de esto radica en las propiedades de los motores eléctricos. Aproximadamente, dichos motores tienen un par proporcional a la corriente y una velocidad proporcional al voltaje. Cuando el motor arranca, que necesitan mucho más par a conseguir que funcione de lo que uno necesita en estado estacionario para mantener funcionando. Por lo tanto, necesita más corriente.

Por cierto, muchos autos tienen arrancadores aún más potentes (por ejemplo, un Landcruiser tiene uno de 2.5 kW). Eso es más de 200 A en estado estacionario. Multiplique eso por 2 o 3 para obtener la corriente de arranque, y obtendrá alrededor de 500 A que la batería debe poder proporcionar.

Una característica de los motores eléctricos es que producen el par más alto cuando están estacionados, junto con una corriente inicial muy alta de 400 a 600 A para automóviles y los motores de arranque comerciales pueden superar los 1000 A.

Una vez que comienzan a girar, la demanda actual disminuye; recuerde que la relación piñón / volante es de 10 a 1 o más, por lo que cuando el motor gira a 500 rpm, el motor de arranque está haciendo 5000 ...

Considere el siguiente modelo de motor eléctrico de CC

• Va = 12Volts en un auto
• Ra = resistencia a ohmios de bobinados, cables, batería, etc.
• La = inductancia (considérelo cero en la primera aproximación)
• Ia = corriente a través del motor
• Vc = voltaje electromagnético inducido en el motor (proporcional a la velocidad de rotación wa)

La potencia nominal de un motor se define convencionalmente como la potencia de salida disponible (≈Vc * ia) en alguna combinación de velocidad y par. Bajo operación continua normal, la potencia de entrada (= Va * ia) será un poco más alta que la potencia de salida.

Pero el inicio no es "operación continua normal".

Como primera aproximación podemos tratar la inductancia como cero. La corriente consumida por un motor de corriente continua depende de tres cosas, la tensión de alimentación Va, la resistencia de los devanados Ra y la Vc "EMF inversa" que a su vez depende de la velocidad de rotación del motor. La energía entregada en el EMF posterior (= Vc * ia) se entrega principalmente a la carga, mientras que la energía entregada en la resistencia del devanado (= ia ia Ra) se desperdicia como calor en los devanados.

Debido a la intertia tanto en el motor como en la carga, la velocidad de rotación inicial es cero, por lo tanto, inicialmente la corriente en el motor está limitada solo por la resistencia del devanado, el motor consume mucha más corriente de lo normal y toda la energía que ingresa al motor se desperdicia como calor

Gradualmente, a medida que la carga y el motor alcanzan la velocidad, Vc aumenta, por lo tanto, V_Ra disminuye, por lo tanto, Ia (= (Va-Vc) / Ra) también disminuye y el motor pasa a un funcionamiento continuo normal. Si los ingenieros hicieron su trabajo correctamente, el motor debería alcanzar una velocidad de operación segura antes de sobrecalentarse.

Con suerte, en el caso de un automóvil, el motor arranca y el motor de arranque se desconecta.

Un motor de arranque típico es un motor de inducción que puede producir un par elevado al arrancar. Tiene una bobina de estator y una bobina de rotor. La bobina del estator se compone de muchas vueltas de alambre de cobre que se fijan al interior de la carcasa del motor. La bobina del rotor se compone de muchas vueltas de alambre de cobre que se fijan al eje del rotor. Cuando se enciende el motor de arranque, la batería del automóvil de 12 voltios (V) envía corriente al motor de arranque. En este momento, la resistencia (R) del motor es solo la resistencia del cable de cobre que forma las bobinas del estator y del rotor y, por lo tanto, es baja (menos de 0,05 ohmios). La corriente de arranque inicial (I) es por lo tanto alta (mayor de 240 Amps; de la Ley de Ohmios I = V / R = 12 / 0.05) Esta es la corriente de arranque máxima y solo durará una fracción de segundo. Cuando el rotor del motor de arranque comienza a girar, Los campos eléctricos de las bobinas del estator y del rotor interactuarán para producir un "EMF inverso" que es un voltaje interno que se opone al voltaje de entrada de la batería. El movimiento del motor de arranque se opondrá a la fuerza mecánica requerida para hacer girar el motor hasta que arranque. Los motores de arranque se adaptan a los motores que deben girar, por lo que solo deberían girar el motor durante unos segundos. La corriente requerida por el motor de arranque durante estos pocos segundos caerá a aproximadamente la mitad de la corriente máxima mencionada anteriormente. Los motores de arranque se adaptan a los motores que deben girar, por lo que solo deberían girar el motor durante unos segundos. La corriente requerida por el motor de arranque durante estos pocos segundos caerá a aproximadamente la mitad de la corriente máxima mencionada anteriormente. Los motores de arranque se adaptan a los motores que deben girar, por lo que solo deberían girar el motor durante unos segundos. La corriente requerida por el motor de arranque durante estos pocos segundos caerá a aproximadamente la mitad de la corriente máxima mencionada anteriormente.

Durante el arranque, el motor de arranque consume tanta potencia que el voltaje colapsa un poco (causado por la resistencia interna de la batería). Con esto, la potencia nominal P = UI del arrancador corresponde a una corriente I que es más alta que la que calcula con U = 12V (por ejemplo, si el voltaje se reduce a 6V, la corriente es dos veces más alta para tener el mismo poder). Además, tenga en cuenta que la potencia correspondiente a la pérdida de voltaje y la misma corriente producen calor en la batería ...