Dit is waarom auto’s wisselstroomgeneratoren gebruiken terwijl ze op gelijkstroom rijden

Heeft u zich ooit afgevraagd hoe het zit met de elektriciteit die door uw auto stroomt? Vermoedt u dat er een bliksemschicht in een toverpot zit? Natuurlijk doet u dat niet. Je bent geen Neanderthaler. U weet dat er een accu en een dynamo zijn. Misschien weet u zelfs dat uw batterij gelijkstroom levert die de auto gebruikt, maar uw dynamo genereert wisselstroom. Lijkt dat niet vreemd? Hoe komt dat?

Het is een interessante vraag omdat het gewoon niet lijkt te kloppen. Als alles in uw auto op 12 volt gelijkstroom werkt, waarom gebruiken autofabrikanten dan geen generatoren meer, die rijke, roomzachte gelijkstroom produceren? Waarom zou het zin hebben om wisselstroom op te wekken, en die dan om te zetten in gelijkstroom?

Zoals u waarschijnlijk al raadde, is er een goede reden, en die ga ik u nu proberen te vertellen.

Laten we eerst eens verduidelijken wat we bedoelen met AC en DC elektriciteit. Auto’s gebruiken gelijkstroom, DC, Direct Current. Dat is het type elektriciteit dat door batterijen wordt geproduceerd, en het stroomt in één constante richting. Het is ook het type elektriciteit dat wordt opgewekt door een generator, die in auto’s werd gebruikt van begin 1900 tot in de jaren 1960.

De andere soort stroom is wisselstroom, omdat zij periodiek van richting verandert. Dit is het soort elektriciteit dat via elk stopcontact toegankelijk is, en we gebruiken dit om huizen en gebouwen en steden enzovoort van stroom te voorzien, omdat het gemakkelijker over lange afstanden kan worden getransporteerd. De meeste elektronica – inclusief vrijwel alles in uw auto – gebruikt intern gelijkstroom, en moet de stroom uit het stopcontact omzetten van wisselstroom in gelijkstroom. Dat is de reden waarom zoveel elektronische dingen van die grote baksteenachtige stekkers hebben: er zit hardware in voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom (en wat warmte).

Dus, nogmaals, waarom zou je iets uit de motor van een auto aandrijven dat de verkeerde soort elektriciteit maakt?

Het antwoord is eigenlijk gewoon dat dynamo’s gewoon beter zijn in het omzetten van draaiende beweging in elektriciteit. Dit was echter niet altijd het geval. De allereerste benzineauto’s met verbrandingsmotor maakten gebruik van magneto’s, een soort ruwe dynamo’s voor zeer eenvoudige elektrische systemen voor auto’s zonder accu. Deze werden ontwikkeld door een man met de beste naam ooit, Hippolyte Pixii.

Nou, hier is het echte geheim van dit alles. DC generatoren (ook bekend als dynamo’s) produceren eigenlijk ook wisselstroom als het anker (het spinnegedeelte) ronddraait in de stator (de buitenste “romp” die een constant magnetisch veld heeft). Om deze omkeerstroom in gelijkstroom om te zetten, wordt een commutator gebruikt. Een commutator is een mechanisch apparaat dat gebruik maakt van een gesegmenteerde cilinder op de draaiende delen en enkele borstels om elektrisch contact te maken.

Dit werkt, maar er zijn een heleboel mechanische onderdelen en de borstels kunnen soms pietluttige dingen zijn. Toch was dit de beste manier om gelijkstroom te krijgen, wat nodig is om de accu op te laden en de systemen van een auto te laten werken.

Een dynamo is eenvoudiger en lichter, maar levert niet de gelijkstroom die een auto nodig heeft. Mechanische omzetting levert in feite alleen maar een generator op, dus wat is het nut van een dynamo?

Wel, het nut ontbrak tot het eind van de jaren 1950, toen een elektronische oplossing in vaste vorm werd ontwikkeld voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom, via silicium diodegelijkrichters.

Deze gelijkrichters (soms een diodebrug genoemd) deden hun werk veel beter bij het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom, waardoor het gebruik van de eenvoudigere en robuustere dynamo’s in auto’s mogelijk werd. De eerste autofabrikant die dit idee echt ontwikkelde en op de markt bracht was Chrysler, dat ervaring had met gelijkrichters en elektronische spanningsregelaars dankzij door het ministerie van Defensie gesponsord onderzoekswerk.

De eerste auto die standaard met een dynamo werd geleverd, was, geloof het of niet, de Plymouth Valiant uit 1960 (hoewel men eerst wilde dat Valiant een eigen merk zou worden). Enkele van de meer onmiddellijk zichtbare voordelen van de dynamo was dat bij lage snelheid stationair draaien, de dynamo nog steeds genoeg stroom produceerde om de batterij opgeladen te houden-iets wat de meeste generatoren niet konden.

Dynamo’s zijn goedkoper te maken dan generatoren, ze gaan langer mee, en ze produceren meer stroom over het hele toerentalbereik. Ze zijn gewoon zo veel van een verbetering dat het gewoon geen big deal om hun AC om te zetten in DC-wel, althans het is niet een big deal sinds de ontwikkeling van de goedkope, betrouwbare, solid-state recitifier.

Dus, even samenvatten: alle methoden om elektriciteit te maken door iets in een magnetisch veld te laten ronddraaien of door een magnetisch veld om iets heen te laten draaien of wat dan ook, resulteren in wisselstroom, die moet worden omgezet in gelijkstroom om in een auto te kunnen worden gebruikt. Een generator doet dit intern en mechanisch met een commutator en borstels. Een dynamo doet hetzelfde met uitwendige elektronica.

Het eindresultaat is echter gelijkstroom, en een dynamo plus gelijkrichter is gewoon goedkoper, robuuster, en beter in het omzetten van spinnen in koplamplicht of radiomuziek of ruitenwissers die wissen of wat dan ook.

Zie je? Het is toch logisch!