Derfor bruger biler vekselstrømsgeneratorer, når de kører på jævnstrøm

Har du nogensinde undret dig over den elektricitet, der løber gennem din bil? Har du mistanke om, at der er et lyn fanget i en magisk krukke? Selvfølgelig gør du det ikke. Du er ikke en neandertaler. Du ved, at der er et batteri og en generator. Du ved måske endda, at dit batteri leverer jævnstrøm, som bilen bruger, men at din generator genererer vekselstrøm. Virker det ikke mærkeligt? Hvorfor er det sådan?

Det er et interessant spørgsmål, fordi det bare ikke ser ud til at give mening. Hvis alt i din bil kører på 12 volts jævnstrøm, hvorfor bruger bilproducenterne så ikke længere generatorer, som producerer rig, cremet jævnstrøm? Hvorfor ville det give mening at generere vekselstrøm og derefter være nødt til at konvertere den til jævnstrøm?

Som du sikkert har gættet, er der en god grund, og jeg vil forsøge at fortælle dig den nu.

Først skal vi præcisere, hvad vi mener med vekselstrøm og jævnstrøm. Biler bruger jævnstrøm, DC, Direct Current. Det er den type elektricitet, der produceres af batterier, og den strømmer i én konstant retning. Det er også den type elektricitet, der produceres af en generator, og som blev brugt i biler fra begyndelsen af 1900-tallet og frem til 1960’erne.

Den anden slags strøm er vekselstrøm, da den med jævne mellemrum skifter retning. Det er den slags elektricitet, som man får adgang til via enhver stikkontakt i væggen, og vi bruger den til at forsyne boliger og bygninger og byer osv. med strøm, fordi den er lettere at overføre over lange afstande. Det meste elektronik – herunder stort set alt i din bil – bruger jævnstrøm internt og skal konvertere strømmen fra stikkontakten fra vekselstrøm til jævnstrøm. Det er derfor, at så mange elektroniske ting har de store murstenslignende stik: Der er hardware indeni til at omdanne vekselstrøm til jævnstrøm (og noget varme).

Så, igen, hvorfor køre noget fra en bilmotor, der laver den forkerte slags elektricitet?

Svaret er stort set bare, at generatorer bare er bedre til at omdanne rotationsbevægelser til elektricitet. Det har dog ikke altid været tilfældet. Tja, meget meget tidlige benzinbiler med forbrændingsmotorer brugte magnetoer, som var en slags rå generatorer til meget enkle elektriske systemer til biler uden batterier. De blev udviklet af en mand med det bedste navn nogensinde, Hippolyte Pixii.

Nu er her den virkelige hemmelighed ved alt dette. Jævnstrømsgeneratorer (også kendt som dynamoer) producerer faktisk også vekselstrøm, da ankeret (den spinnede del) drejer rundt inde i statoren (det ydre “skrog”, der har et konstant magnetfelt). For at omdanne denne omvendte strøm til jævnstrøm anvendes en kommutator. En kommutator er en mekanisk anordning, der anvender en segmenteret cylinder på de roterende dele og nogle børster til at skabe elektrisk kontakt.

Dette virker, men der er mange mekaniske dele, og børsterne kan nogle gange være kræsne ting. Alligevel var det den bedste måde at få jævnstrøm på, hvilket er det, man har brug for til at oplade batteriet og drive en bils systemer.

En generator er enklere og lettere, men den yder ikke den jævnstrøm, som en bil ønsker. En mekanisk konvertering giver i princippet bare en generator, så hvad er meningen med en generator?

Det var der ingen mening med indtil slutningen af 1950’erne, hvor der kom en elektronisk faststofløsning til konvertering af vekselstrøm til jævnstrøm via siliciumdiodegensrettere.

Disse ensrettere (undertiden kaldet en diodebro) gjorde et langt bedre stykke arbejde med at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm, hvilket gjorde det muligt at anvende de enklere og mere robuste generatorer i biler. Den første bilproducent, der virkelig udviklede denne idé og bragte den på markedet, var Chrysler, som havde erfaring med ensrettere og elektroniske spændingsregulatorer takket være forskningsarbejde sponsoreret af forsvarsministeriet.

Den første bil, der blev leveret som standard med en generator, var, tro det eller ej, Plymouth Valiant fra 1960 (selv om de i begyndelsen ønskede, at Valiant skulle være sit eget mærke) Valiant. Nogle af de mere umiddelbart synlige fordele ved generatoren var, at ved tomgang ved lav hastighed producerede generatoren stadig nok strøm til at holde batteriet opladet – noget, som de fleste generatorer ikke kunne gøre.

Alternatorer er billigere at fremstille end generatorer, de holder længere, og de producerer mere strøm i hele hastighedsområdet. De er bare så meget bedre, at det bare ikke er noget stort problem at konvertere deres vekselstrøm til jævnstrøm – i hvert fald har det ikke været noget stort problem siden udviklingen af den billige, pålidelige, faste recitifier med faststof.

Så, lad os lige opsummere: Alle metoder til at lave elektricitet ved at dreje noget inde i et magnetfelt eller dreje et magnetfelt rundt om noget eller hvad som helst resulterer i vekselstrøm, som skal omdannes til jævnstrøm for at kunne bruges i en bil. En generator håndterer dette internt og mekanisk med en kommutator og børster. En generator klarer det samme trick eksternt med elektronik.

Det endelige resultat er dog jævnstrøm, og en generator plus ensretter er bare billigere, mere robust og bedre til at omdanne spinning til forlygternes lys eller radiomusik eller vinduesviskere, der tørrer eller andet.

See? Det giver alligevel mening!