Por que os motores de partida de carro consomem tanta corrente?

Entendo que a potência da maioria dos motores de partida é classificada entre 0,5kw e 1,5kw. Isso não significa que eles consomem 40-120 amperes? (500 w / 12 volts etc.)? No entanto, quando eles começam, eles usam centenas de amplificadores pela fração de segundo que correm. Por que isso acontece? Os motores estão "com overclock" durante esse período?

É preciso muita energia para que o conjunto rotativo - manivela, pistões (ou rotores) etc. - se mova. Para referência, tente ligar o motor com uma barra de freio na manivela. Não é super fácil (embora parte disso seja devido à compactação).

Todas as peças do conjunto rotativo - eixo de manivela, bielas, pistões, válvulas, árvores de cames, corrente de distribuição - somam um pedaço de metal muito, muito pesado, que deve ser movido por um pequeno motor elétrico (partida) para dar partida no carro . Além disso, eles precisam se mover rapidamente para que o ciclo de combustão assuma o controle. Isso requer muito poder.

Você pode trabalhar de trás para frente a partir dos seus números usando a lei de Ohm (V = I * R) e a definição de potência (P = I ^ 2 * R). O fator significativo aqui é a resistência, que é enorme neste contexto.

Portanto, a resposta curta: as peças de metal são pesadas e requerem muita energia para se mover. Esse é um dos motivos pelos quais ligas leves e compósitos são tão importantes em projetos de alta eficiência: reduzindo o peso das peças móveis, reduzimos a energia necessária para movê-las. Todo esse excedente vai para a produção, tornando seu carro / bicicleta / jet pack / nave espacial mais rápido.

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Todos os motores elétricos consomem mais corrente na inicialização, em comparação com o estado estacionário. Confira a etiqueta na sua geladeira, por exemplo (ou veja esta ): a corrente máxima na etiqueta é 2-3 vezes maior que o valor que você obteria da relação potência / voltagem.

A razão por trás disso está nas propriedades dos motores elétricos. Aproximadamente, esses motores têm torque proporcional à corrente e velocidade proporcional à tensão. Quando o motor arranca, você precisa de muito mais torque para fazê- lo funcionar do que em estado estacionário para mantê- lo funcionando. Portanto, você precisa de mais atual.

A propósito, muitos carros têm acionadores de partida ainda mais poderosos (por exemplo, um Landcruiser possui um de 2,5 kW). Isso é superior a 200 A em estado estacionário. Multiplique isso por 2 ou 3 para obter a corrente de inicialização e você obterá cerca de 500 A que a bateria deve ser capaz de fornecer.

Uma característica dos motores elétricos é que eles produzem o torque mais alto quando estacionários, juntamente com uma corrente inicial muito alta de 400 a 600A para carros e motores de partida comerciais podem exceder 1000A.

Uma vez que eles começam a girar, a demanda atual diminui - lembre-se de que a relação pinhão / volante é de 10 para 1 ou mais; portanto, quando o motor está sendo ligado a 500 rpm, o motor de partida está fazendo 5000 ...

Considere o seguinte modelo de um motor elétrico DC

• Va = 12Volts em um carro
• Ra = resistência de ohms de enrolamentos, cabos, bateria etc.
• La = indutância (considere zero na primeira aproximação)
• Ia = corrente através do motor
• Vc = tensão eletromagnética induzida no motor (proporcional à velocidade de rotação wa)

A potência nominal de um motor é definida convencionalmente como a potência de saída disponível (≈Vc * ia) em alguma combinação de velocidade e torque. Sob operação contínua normal, a potência de entrada (= Va * ia) será um pouco maior que a potência de saída.

Mas a inicialização não é "operação contínua normal".

Como primeira aproximação, podemos tratar a indutância como zero. A corrente consumida por um motor CC depende então de três fatores: a tensão de alimentação Va, a resistência dos enrolamentos Ra e o "back EMF" Vc, que por sua vez depende da velocidade de rotação dos motores. Energia fornecida na parte traseira O EMF (= Vc * ia) é principalmente entregue à carga, enquanto a energia fornecida na resistência do enrolamento (= ia ia Ra) é desperdiçada como calor nos enrolamentos.

Devido a intertia no motor e na carga, a velocidade de rotação inicial é zero; portanto, inicialmente a corrente no motor é limitada apenas pela resistência do enrolamento, o motor consome muito mais corrente do que o normal e toda a potência que entra no motor é desperdiçada. como calor.

Gradualmente, à medida que a carga e o motor aumentam, a velocidade Vc aumenta, diminuindo assim V_Ra, diminuindo também Ia (= (Va-Vc) / Ra) e o motor passa para a operação contínua normal. Se os engenheiros fizeram seu trabalho corretamente, o motor deve atingir uma velocidade operacional segura antes de superaquecer.

Espera-se que, no caso de um carro, o motor dê partida e o motor de partida seja desconectado.

Um motor de partida típico é um motor de indução que pode produzir alto torque na partida. Possui uma bobina do estator e uma bobina do rotor. A bobina do estator é composta por várias voltas de fio de cobre que são fixadas no interior da carcaça do motor. A bobina do rotor é composta por várias voltas de fio de cobre fixadas ao eixo do rotor. Quando o motor de partida é ligado, a bateria do carro de 12 Volts (V) envia corrente ao motor de partida. Nesse instante, a resistência (R) do motor é apenas a resistência do fio de cobre que compõe as bobinas do estator e do rotor e, portanto, é baixa (inferior a 0,05 Ohms). A corrente de partida inicial (I) é alta (superior a 240 Amperes; da Lei de Ohms I = V / R = 12 / 0,05). esse é o pico da corrente de partida e dura apenas uma fração de segundo. À medida que o rotor do motor de partida começa a girar, os campos elétricos das bobinas do estator e rotor irão interagir para produzir um "EMF traseiro", que é uma voltagem interna que se opõe à voltagem de entrada da bateria. O movimento do motor de partida será oposto à força mecânica necessária para dar a partida no motor até que ele dê partida. Os motores de partida são compatíveis com os motores que eles precisam ligar, de modo que apenas seriam necessários para ligar o motor por alguns segundos. A corrente requerida pelo motor de partida durante esses poucos segundos cairá para cerca da metade da corrente de pico mencionada acima. Os motores de partida são compatíveis com os motores que eles precisam ligar, de modo que apenas seriam necessários para ligar o motor por alguns segundos. A corrente requerida pelo motor de partida durante esses poucos segundos cairá para cerca da metade da corrente de pico mencionada acima. Os motores de partida são compatíveis com os motores que eles precisam ligar, de modo que apenas seriam necessários para ligar o motor por alguns segundos. A corrente requerida pelo motor de partida durante esses poucos segundos cairá para cerca da metade da corrente de pico mencionada acima.

Durante a partida, o motor de partida consome tanta energia que a tensão cai um pouco (causada pela resistência interna da bateria). Por isso, a potência nominal P = UI do starter corresponde a uma corrente I que é maior do que a que você calcula com U = 12V (por exemplo, se a tensão for drenada para 6V, a corrente será duas vezes maior para ter a mesma poder). Além disso, observe que a energia correspondente à perda de tensão e a mesma corrente produz calor na bateria ...