Tohle je důvod, proč auta používají alternátory vyrábějící střídavý proud, když jezdí na stejnosměrný

Přemýšleli jste někdy o elektřině, která proudí vaším autem? Máte podezření, že v kouzelné sklenici je držen zajatý blesk? Samozřejmě že ne. Nejste přece neandrtálec. Víte, že existuje baterie a alternátor. Možná dokonce víte, že vaše baterie dodává stejnosměrný proud, který auto využívá, ale váš alternátor vyrábí střídavý proud. Nezdá se vám to divné? Proč tomu tak je?“

Je to zajímavá otázka, protože se zdá, že to nedává smysl. Pokud všechno v autě běží na 12 V stejnosměrného proudu, proč už automobilky nepoužívají generátory, které vyrábějí bohatý, smetanový stejnosměrný proud? Proč by mělo smysl vyrábět střídavý proud a pak ho převádět na stejnosměrný?“

Jak asi tušíte, existuje dobrý důvod a já se vám ho teď pokusím sdělit.

Nejprve si ujasněme, co myslíme střídavou a stejnosměrnou elektřinou. Automobily používají stejnosměrný, tedy stejnosměrný proud. To je typ elektřiny vyráběný bateriemi a proudí jedním konstantním směrem. Je to také typ elektřiny vyráběný generátorem, který se v automobilech používal od počátku 20. století až do 60. let 20. století.

Druhý druh proudu je střídavý proud, protože periodicky mění směr. Tento druh elektřiny je přístupný přes jakoukoli zásuvku a používáme ho k napájení domácností, budov, měst a podobně, protože se snáze přenáší na velké vzdálenosti. Většina elektroniky – včetně téměř všeho ve vašem autě – používá vnitřně stejnosměrný proud a musí přeměnit napájení ze zásuvky ze střídavého na stejnosměrný proud. Proto má tolik elektronických věcí ty velké cihlové zástrčky: uvnitř je hardware pro změnu střídavého proudu na stejnosměrný (a nějaké teplo).

Takže ještě jednou: proč pohánět něco z motoru auta, které vyrábí špatný druh elektřiny?

Odpovědí je v podstatě jen to, že alternátory jsou prostě lepší v přeměně rotačního pohybu na elektřinu. Nebylo tomu tak ale vždy. No, velmi rané benzinové automobily s vnitřním spalováním používaly magneto, což byly něco jako surové alternátory pro velmi jednoduché automobilové elektrické systémy bez baterií. Vyvinul je muž s nejlepším jménem na světě, Hippolyte Pixii.

Tady je skutečné tajemství toho všeho. Stejnosměrné generátory (známé také jako dynama) ve skutečnosti také vyrábějí střídavý proud, protože kotva (ta točivá část) se otáčí uvnitř statoru (vnější „plášť“, který má stálé magnetické pole). K přeměně tohoto reverzního proudu na stejnosměrný se používá komutátor. Komutátor je mechanické zařízení, které používá segmentový válec na rotujících bitech a několik kartáčů k vytvoření elektrického kontaktu.

Funguje to, ale je tam spousta mechanických částí a kartáče mohou být někdy vybíravé věci. Přesto to byl nejlepší způsob, jak získat stejnosměrný proud, který potřebujete pro nabíjení baterie a provoz systémů automobilu.

Alternátor je jednodušší a lehčí, ale nevydává stejnosměrný proud, který automobil chce. Mechanickou přeměnou vzniká v podstatě jen generátor, takže k čemu je alternátor?

No, smysl neměl až do konce 50. let, kdy se objevilo polovodičové elektronické řešení přeměny střídavého proudu na stejnosměrný prostřednictvím křemíkových diodových usměrňovačů.

Tyto usměrňovače (někdy nazývané diodový můstek) mnohem lépe převáděly střídavý proud na stejnosměrný, což umožnilo používat v automobilech jednodušší a robustnější alternátory. První automobilkou, která tuto myšlenku skutečně rozvinula a uvedla na trh, byla společnost Chrysler, která měla s usměrňovači a elektronickými regulátory napětí zkušenosti díky výzkumným pracím sponzorovaným ministerstvem obrany.

Prvním vozem, který byl standardně vybaven alternátorem, byl, věřte nebo ne, Plymouth (i když zpočátku chtěli, aby byl Valiant vlastní značkou) Valiant z roku 1960. Mezi bezprostředně viditelné výhody alternátoru patřilo to, že při nízkých volnoběžných otáčkách alternátor stále vyráběl dostatek proudu, aby udržel baterii nabitou – což většina generátorů nedokázala.

Alternátory jsou levnější na výrobu než generátory, mají delší životnost a vyrábějí větší proud v celém rozsahu otáček. Jsou prostě o tolik lepší, že už není velký problém převést jejich střídavý proud na stejnosměrný – no, alespoň to nebyl velký problém od doby, kdy byl vyvinut levný, spolehlivý polovodičový rekuperátor.

Takže si to shrňme: všechny metody výroby elektřiny roztočením něčeho uvnitř magnetického pole nebo roztočením magnetického pole kolem něčeho nebo čehokoli jiného vedou ke střídavému proudu, který se pro použití v autě musí přeměnit na stejnosměrný. Generátor to řeší interně a mechanicky pomocí komutátoru a kartáčů. Alternátor provádí stejný trik externě pomocí elektroniky.

Konečný výsledek je však stejnosměrný proud a alternátor plus usměrňovač je prostě levnější, robustnější a lépe mění točení na světla světlometů nebo hudbu v rádiu nebo stírání stěračů nebo cokoli jiného.

Vidíš? Nakonec to přece jen dává smysl!