Pourquoi les démarreurs automobiles tirent-ils autant de courant?

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?

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.

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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.

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 ...

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.

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.

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 ...