Proč automobilové alternátory produkují střídavý proud?
<strong>To je důvod, proč auta používají alternátory, i když všechna zařízení na palubě běží na stejnosměrný proud.</strong>
Přemýšleli jste někdy nad tím, co všechno ovládá? systémy vašeho vozu ? Co způsobuje nastartování motoru, rozsvícení kontrolek na palubní desce, pohyb šipek a fungování palubních počítačů? Odkud se bere elektřina na palubě? Samozřejmě jsou produkovány generátorem a akumulovány opakovaně použitelným chemickým zásobníkem energie – elektrickou baterií. To ví každý. Pravděpodobně také víte, že baterie vyrábí stejnosměrný proud, který se používá v každém autě k napájení zařízení. V celé této harmonické teorii prověřené praxí je však jeden zvláštní článek, který nechce podlehnout logice: generátor vyrábí střídavý proud, zatímco všechny mechanismy na palubě stroje spotřebovávají stejnosměrný proud. Nepřipadá vám to divné? Proč se to děje?
To je vlastně zajímavá otázka, protože na první pohled tento příběh nedává žádný smysl. Pokud všechny elektrické spotřebiče ve vašem autě běží na 12 V DC, proč už výrobci automobilů nepoužívají alternátory, které produkují DC? Ostatně takhle to dělali dřív. Proč je nutné nejprve vyrobit střídavý proud a poté jej přeměnit na stejnosměrný proud?
Když jsme si položili tyto druhy otázek, začali jsme se dostávat na dno pravdy. Musí to mít nějaký tajný důvod. A tady je to, co jsme zjistili.
Nejprve si ujasněme, co máme na mysli AC a DC. Auta jsou ojetá DC., nebo stejnosměrný proud, jak se také nazývá. Podstata jevu je skryta v názvu. Jedná se o typ elektřiny produkované bateriemi, která proudí jedním konstantním směrem. Stejný typ elektřiny byl produkován generátory, které byly instalovány v časných automobilech od počátku 1900. století až do 60. let 20. století. Staré GAZ M-69 „Pobeda“ a GAZ-XNUMX byly vybaveny generátory stejnosměrného proudu.
Dalším typem elektřiny je střídavý proud – tak pojmenovaný, protože periodicky obrací tok ve směru a také mění jeho velikost, přičemž jeho směr v elektrickém obvodu zůstává nezměněn. K tomuto typu elektřiny lze přistupovat z jakékoli zásuvky v typické domácnosti kdekoli na světě. Používáme ho k napájení elektrospotřebičů v soukromých domech, budovách, světla velkých měst také poskytují světlo díky střídavému proudu, protože se snáze přenáší na velké vzdálenosti.
Většina elektroniky, včetně téměř všeho ve vašem autě, používá stejnosměrný proud, který převádí střídavý proud na stejnosměrný proud, aby mohl vykonávat užitečnou práci. Domácí spotřebiče jsou vybaveny tzv. napájecími zdroji, které přeměňují jeden druh energie na jiný. Vedlejším produktem konverzní práce je malé teplo na výstupu. Čím složitější je domácí spotřebič, například počítač nebo Smart TV, tím složitější je řetězec transformací. V některých případech se střídavý proud částečně nemění, ale upravuje se pouze jeho frekvence. Proto je velmi důležité při výměně vadného zdroje vyměnit jej za originální požadovaného typu. Jinak technologie velmi rychle skončí.
Ale nějak jsme se vzdálili od hlavních témat dnešního programu.
Proč by tedy auta vyráběla „špatný“ druh elektřiny?
Obecně je odpověď velmi jednoduchá: toto je princip fungování alternátoru. Právě podle tohoto principu dochází k nejvyšší účinnosti přeměny mechanické energie otáčení motoru na energii elektrickou. Ale jsou tu nuance.
Stručně řečeno, princip činnosti generátoru automobilu je následující:
Po zapnutí zapalování je napětí přiváděno do budícího vinutí přes kartáčový blok a sběrací kroužky.
Objeví se magnetické pole.
Magnetické pole působí na vinutí statoru, což má za následek vznik střídavého elektrického proudu.
Dále je střídavý proud posílán do usměrňovací jednotky, kde je přeměněn na stejnosměrný proud.
Poslední fází „přípravy“ správného proudu je regulátor napětí.
Po celém procesu část elektřiny napájí elektrické spotřebiče, část jde na dobíjení baterie a část se vrací zpět ke kartáčům alternátoru (jak se kdysi říkalo generátoru střídavého proudu), aby samobuzení generátoru.
Princip činnosti moderního alternátoru byl popsán výše, ale nebylo tomu tak vždy. Dřívější automobily se spalovacími motory používaly magneto, jednoduché zařízení pro přeměnu mechanické energie na elektrickou energii (střídavý proud). Externě a interně byly tyto stroje dokonce podobné pozdějším generátorům, ale byly používány na velmi jednoduchých automobilových elektrických systémech bez baterií. Vše bylo jednoduché a bezproblémové. Není náhoda, že některá dodnes přeživší 90 let stará auta stále jezdí.
Induktory (jiný název pro magneta) jako první vyvinul muž s nenapodobitelným jménem – Ippolit Pixie.
V tuto chvíli jsme zjistili, že typ proudu generovaného generátory závisí na účinnosti přeměny mechanické energie na energii elektrickou, ale důležitou roli v celém tomto příběhu sehrálo také snížení hmotnosti a rozměrů zařízení ve srovnání s podobně výkonnými zařízeními na stejnosměrný proud. Rozdíl v hmotnosti a rozměrech byl téměř trojnásobný! Ale je tu ještě jedno tajemství, proč dnes generátory automobilů vyrábějí střídavý proud. Jde zkrátka o pokročilejší evoluční cestu vývoje stejnosměrných generátorů, které, upřímně řečeno, v čisté podobě v podstatě neexistovaly.
Historický odkaz:
Kromě toho generátory stejnosměrného proudu ve skutečnosti také produkovaly střídavý proud, když se kotva (pohyblivá část) otáčela uvnitř statoru (vnější „pouzdro“, které má konstantní magnetické pole). Až na to, že frekvence proudu byla jiná a šlo ji „vyhladit“ na stejnosměrný proud snadněji – pomocí přepínače.
Komutátor byl v té době mechanické zařízení s rotujícím válcem rozděleným na segmenty s kartáči pro vytvoření elektrického kontaktu.
Systém fungoval, ale nebyl dokonalý. Měl spoustu mechanických dílů, kontaktní kartáčky se rychle opotřebovávaly a celková spolehlivost systému byla taková. Byl to však nejlepší způsob, jak získat stejnosměrný proud, který potřebujete k nabití baterie a nastartování auta.
Tak tomu bylo až do konce 1950. let, kdy se začala objevovat polovodičová elektronika jako řešení problému přeměny AC na DC pomocí křemíkových diodových usměrňovačů.
Tyto usměrňovače (někdy nazývané diodové můstky) se ukázaly být mnohem lepší při přeměně střídavého proudu na stejnosměrný, což zase umožnilo použití jednodušších, a tedy spolehlivějších alternátorů v automobilech.
První zahraniční automobilkou, která tuto myšlenku rozvinula a přinesla na trh osobních automobilů, byl Chrysler, který měl zkušenosti s usměrňovači a elektronickými regulátory napětí díky výzkumu sponzorovanému Ministerstvem obrany USA. Wikipedia poznamenává, že to byl americký vývoj „. opakoval vývoj autorů ze SSSR“, první návrh generátoru střídavého proudu byl představen v Sovětském svazu o šest let dříve. Jediným, ale důležitým vylepšením Američanů bylo použití křemíkových usměrňovacích diod místo selenových.
V SSSR se sice se zaváděním generátorů střídavého proudu do osobních automobilů opozdili o 7 let, ale ve vývoji nových typů generátorů předběhli zbytek světa. Ještě v roce 1955 vyrobil Gorkého automobilový závod 2.000 vozů s alternátory místo magnetů.
„Některými z předních vývojářů, díky nimž se objevil první sériový design generátorů střídavého proudu v SSSR a na evropském kontinentu, byli Yu A. Kupeev (Výzkumný ústav automobilových přístrojů) a V. I. Vasilevsky (KZATE, Samara)“, – říká stránky Wikipedie.
Shrnutí. Proč autogenerátory vyrábějí střídavý proud?
No, dokončíme náš příběh. První osobní automobil, který měl jako standardní vybavení nový design generátoru, byl Plymouth z roku 1960. Některé z nejviditelnějších výhod generátoru spočívaly v tom, že při nízké rychlosti nebo při volnoběhu stále produkoval dostatek proudu k nabíjení baterie, což většina generátorů té doby nebyla schopna.
Ukázalo se, že alternátory po zavedení sériové výroby vyrábět levnějinež generátory starého designu, jsou spolehlivější, odolnější и vyrábět více elektřiny při různých rychlostech otáčení klikového hřídele. Udělali tak velký krok vpřed, že všechny jejich výhody snadno převážily jedinou nevýhodu – neuměly vyrábět stejnosměrný proud. Pozice byla upevněna poté, co inženýři vyvinuli levný a spolehlivý polovodičový usměrňovač.
vidíš? Má to přece smysl!