Warum ziehen Autostarter so viel Strom?

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

Der Begriff "übertaktet" hat bei einem Gleichstrommotor keine Bedeutung. „Takt“ bedeutet ein Wechselsignal mit fester Frequenz.
Ich weiß ... deshalb habe ich Anführungszeichen verwendet. Mir fiel einfach kein besserer Begriff ein (ich bin kein englischer Muttersprachler), also dachte ich an eine Analogie mit Computer-CPUs.
Das Wort übersteuert kommt mir in den Sinn, aber ich bin mir selbst nicht ganz sicher.
Nach einigen Kommentaren verstehe ich jetzt Ihre Frage: "Warum ist der Anlaufstrom bei einem Elektromotor erheblich höher als der Nennwert (Dauerwert)?". Ich kann Ihnen sagen, dass dies für jeden Elektromotor gilt (nach meinem besten Wissen). Mit dieser Formulierung ist diese Frage auf electronic.stackexchange.com möglicherweise besser geeignet.
@Quentin in der Tat. Danke, dass du alles geklärt hast!!
Ich stimme dafür, diese Frage als nicht zum Thema gehörend zu schließen, da sie auf electronic.stackexchange.com besser geeignet ist, da es um die Stromaufnahme von Elektromotoren im Allgemeinen geht.
@Leliel - Ich sehe, dass Sie Ihrem Profil keine Zeit für Elektronik gewidmet haben. Alles, was Sie tun müssen, ist "Auto" oder irgendetwas, das mit Autos zu tun hat, zu erwähnen, und sie werden es hierher übertragen, unabhängig davon, ob es dort drüben hingehört oder nicht. So wie es aussieht, hatte diese Frage einen ziemlich guten Empfang mit vielen Antworten. Diese Frage ist aus meiner Sicht berechtigt, weil es um die Kfz-Wartung im Allgemeinen geht. Ich bin sicher, anderen geht es genauso.
Ich habe die Frage vor ungefähr 8 Monaten gepostet ... betrifft es zu diesem Zeitpunkt wirklich irgendjemanden mehr?
Ich ging an einem Ort namens Automotive Technical Institute zur Schule. Damals im Jahr 1974 sagten uns die Lehrer, die ich dort hatte, dass ein Anlasser in gutem Zustand nicht mehr als 60 Ampere ziehen sollte. Sie sagten, wenn ja, müsste es ersetzt werden. Heutzutage haben wir computerisierte Autos, also kann ich mir vorstellen, dass sich viel verändert hat, sowohl in besserer als auch in schlechterer Weise.

Antworten (9)

Es braucht viel Kraft, um die rotierende Baugruppe - Kurbel, Kolben (oder Rotoren) usw. - in Bewegung zu bringen. Versuchen Sie als Referenz, Ihren Motor mit einer Brechstange an der Kurbel durchzudrehen. Es ist nicht supereinfach (obwohl einiges davon auf die Komprimierung zurückzuführen ist).

Alle Teile der rotierenden Baugruppe – Kurbelwelle, Pleuel, Kolben, Ventile, Nockenwellen, Steuerkette – ergeben zusammen ein sehr, sehr schweres Stück Metall, das von einem ziemlich kleinen Elektromotor (Starter) bewegt werden muss, um das Auto zu starten . Nicht nur das, sie müssen ziemlich schnell in Bewegung kommen, damit der Verbrennungszyklus übernimmt. Das kostet viel Kraft.

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

Also, die kurze Antwort: Metallteile sind schwer und brauchen viel Energie, um sich zu bewegen. Dies ist einer der Gründe, warum Dinge wie leichte Legierungen und Verbundwerkstoffe bei hocheffizienten Konstruktionen so wichtig sind: Indem wir das Gewicht der beweglichen Teile reduzieren, reduzieren wir die Energie, die erforderlich ist, um sie zu bewegen. All dieser Überschuss geht an den Ausgang und macht Ihr Auto / Fahrrad / Jetpack / Raumschiff schneller.

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Siehe die Kommentare für bessere Informationen.

Der elektrische Teil Ihres Beitrags ist falsch. Der "mechanische Widerstand" unterscheidet sich stark vom elektrischen. Der elektrische Widerstand eines Startermotors ist sicherlich niedriger als das, was Sie zu behaupten scheinen. Darüber hinaus folgt ein Elektromotor nicht dem Ohmschen Gesetz (und selbst wenn dies der Fall wäre, würden Sie einen niedrigen Widerstand benötigen, um einen hohen Strom zu haben). Der Widerstand in einem Elektromotor ist ein reiner Verlust (Wärme), daher versuchen die Hersteller, ihn zu minimieren.
Diese Antwort verfehlt irgendwie den Punkt der Frage IMO. Wenn es viel Kraft braucht, um das Auto zu starten, braucht der Anlasser viel Watt, nicht zusätzliche Ampere.
@DmitryGrigoryev Bei einer (ungefähr) konstanten Spannungsquelle (Autobatterie) entspricht mehr Leistung mehr Strom (P = u * i). also viel mechanische Leistung erforderlich => viel elektrische Leistung erforderlich => viel Strom erforderlich (wenn eine Niederspannungs-Gleichstromquelle wie eine Autobatterie verwendet wird).
@Quentin Und die Frage ist, warum diese Beziehung für die Autostarter nicht gilt.
Welche Relation? Die Definition der Leistung p = v*i gilt für jedes elektrische Bauteil (und gilt auch für den Autostarter). Dies ist nicht das Ohmsche Gesetz (v = r*i) . Letzteres gilt nur für ohmsche Leiter. Der Startermotor ist kein ohmscher Leiter (die Spannung-Strom-Beziehung ist nicht linear).
Dies sollte nicht die akzeptierte Antwort sein, da sie nicht den anfänglichen Stoßstrom erklärt, nach dem das OP speziell gefragt hat. Die durch den sich bewegenden Motor erzeugte Gegen-EMK und die Tatsache, dass der hohe Vorwärtsstrom daher nicht behindert wird, wenn sich der Motor zu bewegen beginnt, wird nicht erwähnt. en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromotive_force
@Quentin Die Definition von Leistung gilt nicht mehr, wenn die maximalen / momentanen Werte für den Strom und die mittleren / nominalen Werte für die Leistung verwendet werden, worum es meiner Meinung nach in der Frage geht.
@DmitryGrigoryev ist in der Tat nur für Momentanwerte definiert. Ich fange an, die ursprüngliche Frage besser zu verstehen, die ich jetzt verstehe als "Warum ist der Anlauf- / Spitzenstrom für einen Elektromotor signifikant höher als der Nennwert (Dauerwert)?". Mit dieser Formulierung ist diese Frage auf electronic.stackexchange.com möglicherweise besser geeignet.
Weißt du, ich würde meine Antwort löschen, aber die Diskussion in den Kommentaren ist so lehrreich, dass ich mich einfach nicht dazu bringen kann, sie auch zu entfernen.
fraglich, ob wir völlig falsche, aber intuitiv plausible Antworten weglassen sollten

Alle Elektromotoren verbrauchen beim Start mehr Strom als im stationären Zustand. Schauen Sie sich zum Beispiel das Etikett auf Ihrem Kühlschrank an (oder schauen Sie sich dieses an ): Der maximale Strom auf dem Etikett ist 2-3 mal höher als der Wert, den Sie aus dem Verhältnis von Leistung zu Spannung erhalten würden.

Der Grund dafür liegt in den Eigenschaften von Elektromotoren. Ungefähr haben solche Motoren ein Drehmoment proportional zum Strom und eine Drehzahl proportional zur Spannung. Wenn der Motor startet, benötigen Sie viel mehr Drehmoment, um ihn zum Laufen zu bringen, als Sie im Dauerzustand benötigen würden, um ihn am Laufen zu halten . Du brauchst also mehr Strom.

Viele Autos haben übrigens noch stärkere Anlasser (z. B. ein Landcruiser mit 2,5 kW). Das sind über 200 A im eingeschwungenen Zustand. Multiplizieren Sie das mit 2 oder 3, um den Anlaufstrom zu erhalten, und Sie erhalten ungefähr 500 A, die die Batterie liefern können muss.

Ich bin vollkommen einverstanden! Danke, dass du das geklärt hast! Ich weiß, dass bestimmte große Motoren leistungsstärkere Anlasser benötigen, ich habe diese Schätzungen verwendet, weil etwa 75 % der Autos hier Motoren mit bis zu 2.000 ccm Hubraum haben, die Anlasser mit einer Leistung von 1,5 bis 2 kW haben.
@AndreiGrigore Ich verstehe. Ich habe gerade den letzten Absatz hinzugefügt, falls sich Leute fragen, wozu diese großen 600-A-Batterien gut sind.
Du verwechselst Ursache und Wirkung. Der Motor zieht keinen hohen Strom, weil er ein hohes Drehmoment entwickeln "muss". Vielmehr ist ein stationärer Motor nur eine Spule aus niederohmigem Draht. Aufgrund des Ohmschen Gesetzes zieht es einen hohen Strom, und dieser hohe Strom verursacht ein starkes Magnetfeld, das wiederum ein hohes Drehmoment erzeugt.
@DavidRicherby Dann verwechseln Sie Ursache und Wirkung im Ohmschen Gesetz. Die Spule "zieht" keinen Strom, sie kann dem Strom, den die Spannung durch sie zwingt, einfach nicht widerstehen.
@DmitryGrigoryev Das bedeutet der Ausdruck "Strom ziehen". Natürlich saugt das Kabel nicht irgendwie Strom aus der Batterie: Es bietet einen niederohmigen Pfad. In jedem Fall scheinen Sie auf die Formulierung meines Kommentars zu reagieren, nicht auf den tatsächlichen Inhalt.
@DavidRicherby Nun, der Motor "muss" auch kein Drehmoment erzeugen, er wird nur durch die an ihn angelegte Spannung auf eine bestimmte Drehzahl gezwungen, und die einzige Möglichkeit, diese Drehzahl bei Vorhandensein von Reibung und Trägheit zu entwickeln, besteht darin, zu erzeugen ausreichend Drehmoment. Vielleicht antworte ich auf die Formulierung Ihres Kommentars, weil ich den eigentlichen Inhalt nicht verstehe.
@DmitryGrigoryev Ihre Antwort lautet: "Wenn der Motor startet, benötigen Sie viel mehr Drehmoment, um ihn zum Laufen zu bringen, als Sie im stationären Zustand benötigen würden, um ihn am Laufen zu halten. Daher benötigen Sie mehr Strom." Dies impliziert, dass die Drehmomentanforderung irgendwie einen großen Strom verursacht. Dies ist nicht der Fall: Es ist der hohe Strom, der das große Drehmoment verursacht, das wiederum dazu führt, dass sich der Motor bewegt und eine Gegen-EMK erzeugt, die den Strom verringert, wenn sich der Motor weiter dreht.
@DavidRicherby Oder vielleicht reduziert das auf den Motor ausgeübte hohe Drehmoment seinen Widerstand, indem es die Gegen-EMK verhindert, und bietet einen niederohmigen Pfad für einen großen Strom?

Ein Merkmal von Elektromotoren ist, dass sie im Stillstand das höchste Drehmoment erzeugen, verbunden mit einem sehr hohen Anfangsstrom von 400 bis 600 A für Autos und kommerzielle Anlasser können 1000 A überschreiten.

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

Ein typischer Startermotor ist ein Induktionsmotor, der beim Starten ein hohes Drehmoment erzeugen kann. Es hat eine Statorspule und eine Rotorspule. Die Statorspule besteht aus vielen Kupferdrahtwindungen, die an der Innenseite des Motorgehäuses befestigt sind. Die Rotorspule besteht aus vielen Kupferdrahtwindungen, die an der Rotorwelle befestigt sind. Wenn der Anlasser eingeschaltet wird, sendet die 12 Volt (V) Autobatterie Strom an den Anlassermotor. In diesem Moment ist der Widerstand (R) des Motors nur der Widerstand des Kupferdrahts, der die Stator- und Rotorspulen bildet, und ist daher niedrig (weniger als 0,05 Ohm). Der anfängliche Anlaufstrom (I) ist daher hoch (größer als 240 Ampere; nach dem Ohmschen Gesetz I = V/R = 12/0,05). Dies ist der Spitzenstartstrom und dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde. Wenn sich der Rotor des Anlassermotors zu drehen beginnt, Die elektrischen Felder der Stator- und Rotorspulen interagieren, um eine "Gegen-EMK" zu erzeugen, die eine interne Spannung ist, die der Eingangsspannung von der Batterie entgegenwirkt. Der Bewegung des Startermotors wird die mechanische Kraft entgegengesetzt, die erforderlich ist, um den Motor durchzudrehen, bis er anspringt. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, sodass sie den Motor nur wenige Sekunden lang drehen müssen. Der Strom, den der Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigt, wird auf etwa die Hälfte des oben erwähnten Spitzenstroms abfallen. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, sodass sie den Motor nur wenige Sekunden lang drehen müssen. Der Strom, den der Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigt, wird auf etwa die Hälfte des oben erwähnten Spitzenstroms abfallen. Anlasser sind auf die Motoren abgestimmt, die sie drehen müssen, sodass sie den Motor nur wenige Sekunden lang drehen müssen. Der Strom, den der Anlasser während dieser wenigen Sekunden benötigt, wird auf etwa die Hälfte des oben erwähnten Spitzenstroms abfallen.

Gute Antwort, Paul. Willkommen bei der Kfz-Wartung und -Reparatur. Dies ist als verschiedene Dinge bekannt: Einschaltstrom, Anlaufstrom, Strom bei blockiertem Rotor ... und das ist der Grund, warum vom Anlasser ein dicker Draht direkt zur Batterie führt.

Betrachten Sie das folgende Modell eines elektrischen Gleichstrommotors

  • Va = 12 Volt in einem Auto
  • Ra = Ohmscher Widerstand von Wicklungen, Kabeln, Batterien usw.
  • La = Induktivität (in erster Näherung als Null betrachten)
  • Ia = Strom durch den Motor
  • Vc = Elektromagnetisch in den Motor induzierte 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.

Das Hochfahren 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 Drehzahl des Motors abhängt. Leistung, die in die Gegen-EMK (= Vc * ia) geliefert wird, wird hauptsächlich an die Last geliefert, während Leistung, die in den Wicklungswiderstand (=ia ia Ra) geliefert wird, als Wärme in den Wicklungen verschwendet wird.

Aufgrund der 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 weit mehr Strom als normal und die gesamte in den Motor eintretende Leistung wird verschwendet als Wärme.

Allmählich, wenn die Last und der Motor die Drehzahl erreichen, erhöht sich Vc, somit sinkt V_Ra, folglich sinkt auch Ia (= (Va – Vc)/Ra), und der Motor geht in den normalen Dauerbetrieb über. Wenn die Ingenieure ihre Arbeit richtig gemacht haben, sollte der Motor eine sichere Betriebsdrehzahl erreichen, bevor er überhitzt.

Bei einem Pkw springt dann hoffentlich der Motor an und der Anlasser wird abgeklemmt.

Beim Starten zieht der Anlasser so viel Strom, dass die Spannung etwas einbricht (bedingt durch den Innenwiderstand der Batterie). Damit entspricht die Nennleistung P = UI des Starters einem Strom I, der höher ist als der, den man mit U = 12 V berechnet (z. B. wenn die Spannung auf 6 V heruntergefahren wird, ist der Strom doppelt so hoch, um den gleichen Wert zu haben). Energie). Beachten Sie auch, dass die Leistung, die dem Spannungsverlust entspricht, und der gleiche Strom Wärme in der Batterie erzeugen ...

Gute Batterien sollten beim Anlassen nicht mehr als 25 % ihrer Nennspannung verlieren. Eine Batterie, die auf 6 V abfällt, reicht möglicherweise nicht aus, um den Motor zu starten.
Außerdem gibt es im Anlasser nichts, was ihn auf die Nennleistung begrenzt. Wenn Sie den Motor (mit Kupplung und Bremsen) abwürgen und den Anlasser einschalten, wird er versuchen, vielleicht das Doppelte oder Dreifache seiner Nennleistung zu liefern, natürlich nicht lange.

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, einen Zweiradmotor mit etwa 200 ccm zu starten. Angenommen, es braucht ungefähr die Hälfte der PS, um es gegen die Kompression zu drehen, dann muss diese halbe PS von einer 12-V-Batterie kommen, was ungefähr 30 + 35 Ampere entspricht. Um einen Sub-Dieselmotor mit einem 1,5-kW-/2-PS-Startermotor zu starten, müssen Sie ähnlich 125-150 Ampere liefern, damit die 2 kW funktionieren. Die oben genannten Werte können je nach Motorzustand, Umgebungstemperatur usw. von vielen Faktoren abweichen. Die Motoren arbeiten unter solch schwierigen Bedingungen, werden manchmal überhitzt, verlieren einen Teil ihrer Isolierung, und diese Motoren können einen hohen Strom ziehen und gleichzeitig weniger Drehmoment abgeben, sodass sich die Motoren nicht drehen und die Batterien sehr schnell entladen werden. Dabei werden die Erregerspulen oder der Anker getauscht, manchmal auch der ganze Motor.

3 Jahre und 9 Monate später schnelle und einfache Antwort: Einschaltstrom: ist der maximale momentane Eingangsstrom, der von einem elektrischen Gerät beim ersten Einschalten aufgenommen wird. Wenn Sie einen statischen (sich nicht bewegenden) Elektromotor einschalten, erzeugt er eine Stromspitze, damit sich dieser Motor in Bewegung setzt. Je größer der mechanische Widerstand (in diesem Fall muss er den gesamten Motor bewegen), desto größer der Spitze, dann sinkt der Strom auf seine Spezifikationen, bis Sie den Zündschlüssel loslassen.

Da kein Spannungspotenziometer oder Spannungsdrehzahlregler vorhanden ist, nimmt der Motor die Ampere, die er kann.

Warum ziehen Autostarter so viel Strom?
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