Pourquoi les démarreurs automobiles tirent-ils autant de courant?

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Je comprends que la puissance de la plupart des démarreurs de voiture est évaluée entre 0,5 kW et 1,5 kW. Cela ne signifie-t-il pas qu'ils sont censés consommer de 40 à 120 ampères? (500 w / 12 volts etc.)? Pourtant, quand ils commencent, ils dessinent des centaines d'amplis pendant la fraction de seconde qu'ils exécutent. Pourquoi cela se produit-il? Les moteurs sont-ils "overclockés" pendant cette période?

Andrei Grigore
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Le terme «overclocké» n'a aucune signification pour un moteur à courant continu. "horloge", un signal alternatif à fréquence fixe.
Dmitry Grigoryev
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Je sais ... c'est pourquoi j'ai utilisé des guillemets. Je ne pouvais tout simplement pas penser à un meilleur terme (je ne suis pas un locuteur natif anglais), alors j'ai pensé à une analogie avec les processeurs informatiques.
Andrei Grigore
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Le mot overdriven me vient à l'esprit, mais je ne suis pas tout à fait sûr moi-même.
Dmitry Grigoryev
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Après quelques commentaires, je comprends maintenant votre question comme "pourquoi le courant de démarrage d'un moteur électrique est-il significativement plus élevé que la valeur nominale (soutenue)?". Je peux vous dire que cela est vrai pour chaque moteur électrique (au meilleur de ma connaissance). Avec cette formulation, cette question peut être plus appropriée sur electronics.stackexchange.com.
Quentin
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Je vote pour fermer cette question comme hors sujet car elle est plus appropriée sur electronics.stackexchange.com car elle concerne le tirage actuel des moteurs électriques en général.
Leliel

Réponses:

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Il faut BEAUCOUP de puissance pour faire bouger l'ensemble rotatif - manivelle, pistons (ou rotors), etc. Pour référence, essayez de tourner votre moteur avec une barre de coupe sur la manivelle. Ce n'est pas super facile (bien que cela soit dû en partie à la compression).

Toutes les pièces de l'ensemble rotatif - vilebrequin, bielles, pistons, soupapes, arbres à cames, chaîne de distribution - s'ajoutent à un morceau de métal très, très lourd qui doit être déplacé par un moteur électrique (démarreur) assez petit pour démarrer la voiture . Non seulement cela, ils doivent se déplacer assez rapidement pour que le cycle de combustion prenne le relais. Cela prend beaucoup de pouvoir.

Vous pouvez travailler à l'envers à partir de vos nombres en utilisant la loi d'Ohm (V = I * R) et la définition de la puissance (P = I ^ 2 * R). Le facteur important ici est la résistance, qui est énorme dans ce contexte.

Donc, la réponse courte: les pièces métalliques sont lourdes et nécessitent beaucoup d'énergie pour se déplacer. C'est une des raisons pour lesquelles des éléments comme les alliages légers et les composites sont si importants dans les conceptions à haute efficacité: en réduisant le poids des pièces mobiles, nous réduisons l'énergie nécessaire pour les déplacer. Tout cet excédent va à la sortie, ce qui rend votre voiture / vélo / jet pack / vaisseau spatial plus rapide.

Mise à jour

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3Dave
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La partie électrique de votre message est erronée. La "résistance mécanique" est très différente de la résistance électrique. La résistance électrique d'un démarreur est certainement inférieure à ce que vous semblez prétendre. De plus, un moteur électrique ne suit pas la loi d'Ohm (et même si c'était le cas, vous auriez besoin d'une faible résistance pour avoir un courant élevé). La résistance d'un moteur électrique correspond à de pures pertes (chaleur), les fabricants essaient donc de la minimiser.
Quentin
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Cette réponse manque en quelque sorte le point de la question OMI. S'il faut beaucoup de puissance pour lancer la voiture, le démarreur a besoin de beaucoup de watts, pas d'amplis supplémentaires.
Dmitry Grigoryev
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@DmitryGrigoryev avec une source de tension (à peu près) constante (batterie de voiture), plus de puissance est égale à plus de courant (P = u * i). donc beaucoup de puissance mécanique nécessaire => beaucoup de puissance électrique nécessaire => beaucoup de courant nécessaire (si une source CC basse tension telle qu'une batterie de voiture est utilisée).
Quentin
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Cela ne devrait pas être la réponse acceptée car elle n'explique pas le courant de surtension initial que le PO a spécifiquement demandé. Il n'est pas fait mention de l'EMF arrière généré par le moteur en mouvement et du fait qu'il n'y a donc pas d'obstacle au courant de froward élevé lorsque le moteur commence à se déplacer. en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromotive_force
uɐɪ
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@DmitryGrigoryev en effet, il est défini pour les valeurs instantanées uniquement. Je commence à mieux comprendre la question d'origine, que je comprends maintenant comme "pourquoi le courant de démarrage / crête pour un moteur électrique est-il significativement plus élevé que la valeur nominale (soutenue)?". Avec cette formulation, cette question peut être plus appropriée sur electronics.stackexchange.com.
Quentin
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Tous les moteurs électriques consomment plus de courant au démarrage par rapport à l'état stationnaire. Consultez par exemple l'étiquette sur votre réfrigérateur (ou regardez celle-ci ): le courant maximum sur l'étiquette est 2-3 fois plus élevé que la valeur que vous obtiendriez du rapport puissance / tension.

La raison derrière cela réside dans les propriétés des moteurs électriques. De tels moteurs ont approximativement un couple proportionnel au courant et une vitesse proportionnelle à la tension. Lorsque le moteur démarre, vous avez besoin de beaucoup plus de couple pour le faire fonctionner que vous n'en auriez besoin en régime permanent pour le faire tourner. Par conséquent, vous avez besoin de plus de courant.

Soit dit en passant, de nombreuses voitures ont des démarreurs encore plus puissants (par exemple, un Landcruiser en a un de 2,5 kW). C'est plus de 200 A en régime permanent. Multipliez cela par 2 ou 3 pour obtenir le courant de démarrage, et vous obtiendrez environ 500 A que la batterie doit être en mesure de fournir.

Dmitry Grigoryev
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@AndreiGrigore je comprends. Je viens d'ajouter le dernier paragraphe au cas où des gens se demanderaient à quoi servent ces grosses batteries 600A.
Dmitry Grigoryev
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Vous confondez cause et effet. Le moteur ne consomme pas de courant élevé car il "a besoin" de développer un couple élevé. Au contraire, un moteur stationnaire n'est qu'une bobine de fil à faible résistance. Il tire un courant élevé en raison de la loi d'Ohm et ce courant élevé provoque un fort champ magnétique qui, à son tour, génère un couple élevé.
David Richerby
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@DavidRicherby Alors vous confondez cause et effet dans la loi d'Ohm. La bobine ne "tire" pas de courant, elle ne peut tout simplement pas résister au courant que la tension force à travers elle.
Dmitry Grigoryev
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@DmitryGrigoryev C'est ce que signifie l'expression "dessiner un courant". Bien sûr, le fil n'aspire pas le courant de la batterie: il fournit un chemin à faible résistance. En tout cas, vous semblez répondre à la formulation de mon commentaire, pas à son contenu réel.
David Richerby
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@DavidRicherby Eh bien, le moteur n'a pas "besoin" de produire un couple non plus, il est juste contraint à une certaine vitesse de rotation par la tension qui lui est appliquée, et la seule façon de développer cette vitesse en présence de frottement et d'inertie est de produire couple suffisant. Peut-être que je réponds à la formulation de votre commentaire parce que je n'arrive pas à saisir le contenu réel.
Dmitry Grigoryev
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Une caractéristique des moteurs électriques est qu'ils produisent le couple le plus élevé à l'arrêt, couplé à un courant initial très élevé de 400 à 600A pour les voitures et les démarreurs commerciaux peuvent dépasser 1000A.

Une fois qu'ils commencent à tourner, la demande actuelle diminue - rappelez-vous que le rapport pignon / volant est de 10 à 1 ou plus, donc lorsque le moteur tourne à 500 tr / min, le démarreur fait 5000 ...

Solar Mike
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Considérons le modèle suivant d'un moteur électrique à courant continu

  • Va = 12Volts dans une voiture
  • Ra = la résistance ohms des enroulements, câbles, batterie, etc.
  • La = inductance (considérez-la comme nulle en première approximation)
  • Ia = courant traversant le moteur
  • Vc = Tension électromagnétique induite dans le moteur (proportionnelle à la vitesse de rotation wa)

La puissance nominale d'un moteur est classiquement définie comme la puissance de sortie disponible (≈Vc * ia) à une certaine combinaison de vitesse et de couple. En fonctionnement continu normal, la puissance d'entrée (= Va * ia) sera un peu plus élevée que la puissance de sortie.

Mais le démarrage n'est pas un "fonctionnement continu normal".

En première approximation, nous pouvons traiter l'inductance comme nulle. Le courant consommé par un moteur à courant continu dépend alors de trois choses, la tension d'alimentation Va, la résistance des enroulements Ra et le "retour EMF" Vc qui à son tour dépend de la vitesse de rotation des moteurs. La puissance délivrée dans l'EMF arrière (= Vc * ia) est principalement fournie à la charge tandis que la puissance délivrée dans la résistance d'enroulement (= ia ia Ra) est gaspillée sous forme de chaleur dans les enroulements.

En raison d'intertia dans le moteur et la charge, la vitesse de rotation initiale est nulle, donc initialement le courant dans le moteur n'est limité que par la résistance d'enroulement, le moteur consomme beaucoup plus de courant que la normale et toute la puissance entrant dans le moteur est gaspillée sous forme de chaleur.

Au fur et à mesure que la charge et le moteur atteignent la vitesse Vc augmente, donc V_Ra diminue, donc Ia (= (Va-Vc) / Ra) diminue également et le moteur passe en fonctionnement continu normal. Si les ingénieurs ont bien fait leur travail, le moteur devrait atteindre une vitesse de fonctionnement sûre avant de surchauffer.

Dans le cas d'une voiture, nous espérons que le moteur démarre et que le démarreur est déconnecté.

Peter Green
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Un démarreur typique est un moteur à induction qui peut produire un couple élevé au démarrage. Il a une bobine de stator et une bobine de rotor. La bobine de stator est composée de plusieurs tours de fil de cuivre qui sont fixés à l'intérieur du boîtier du moteur. La bobine du rotor est composée de plusieurs tours de fil de cuivre qui sont fixés à l'arbre du rotor. Lorsque le démarreur est allumé, la batterie de voiture de 12 volts (V) envoie du courant au démarreur. A cet instant, la résistance (R) du moteur n'est que la résistance du fil de cuivre qui compose les bobines du stator et du rotor et est donc faible (moins de 0,05 Ohms). Le courant de démarrage initial (I) est donc élevé (supérieur à 240 ampères; à partir de la loi d'Ohm I = V / R = 12 / 0,05). il s'agit du courant de démarrage de pointe et ne durera qu'une fraction de seconde. Alors que le rotor du démarreur commence à tourner, les champs électriques des bobines de stator et de rotor vont interagir pour produire un "retour EMF" qui est une tension interne qui s'oppose à la tension d'entrée de la batterie. Le mouvement du démarreur sera contrecarré par la force mécanique nécessaire pour tourner le moteur jusqu'à ce qu'il démarre. Les démarreurs sont adaptés aux moteurs qu'ils doivent tourner, de sorte qu'ils ne devraient tourner le moteur que quelques secondes. Le courant requis par le démarreur pendant ces quelques secondes tombera à environ la moitié du courant de crête mentionné ci-dessus. Les démarreurs sont adaptés aux moteurs qu'ils doivent tourner, de sorte qu'ils ne devraient tourner le moteur que quelques secondes. Le courant requis par le démarreur pendant ces quelques secondes tombera à environ la moitié du courant de crête mentionné ci-dessus. Les démarreurs sont adaptés aux moteurs qu'ils doivent tourner, de sorte qu'ils ne devraient tourner le moteur que quelques secondes. Le courant requis par le démarreur pendant ces quelques secondes tombera à environ la moitié du courant de crête mentionné ci-dessus.

PAUL SOLEYN
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Bonne réponse, Paul. Bienvenue à Maintenance et réparation de véhicules automobiles. Cela s'appelle plusieurs choses: courant d'appel, courant de démarrage, courant à rotor bloqué ... et c'est la raison pour laquelle il y a un fil lourd directement à la batterie du démarreur.
Bevan
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Pendant le démarrage, le démarreur consomme tellement d'énergie que la tension s'effondre quelque peu (causée par la résistance interne de la batterie). Par cela, la puissance nominale P = UI du démarreur correspond à un courant I qui est supérieur à ce que vous calculez avec U = 12V (par exemple, si la tension est drainée à 6 V, le courant est deux fois plus élevé pour avoir le même Puissance). Notez également que la puissance correspondant à la perte de tension et au même courant produit de la chaleur dans la batterie ...

Hagen von Eitzen
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Les bonnes batteries ne devraient pas perdre plus de 25% de leur tension nominale lors du démarrage. Une batterie descendant à 6 V peut ne pas être suffisante pour démarrer le moteur.
Dmitry Grigoryev
De plus, il n'y a rien dans le démarreur qui le limite à la puissance nominale. Si vous calez le moteur (avec embrayage et freins) et allumez le démarreur, il essaiera de délivrer peut-être deux ou trois fois sa puissance nominale, pas pour longtemps bien sûr.
Dmitry Grigoryev