Därför använder bilar växelströmsgeneratorer när de körs på likström

Har du någonsin funderat på hur elen går genom din bil? Misstänker du att det finns en blixt som hålls fångad i en magisk burk? Det är klart att du inte gör det. Du är ingen neandertalare. Du vet att det finns ett batteri och en generator. Du kanske till och med vet att batteriet ger likström som bilen använder, men att generatorn genererar växelström. Verkar inte det konstigt? Varför är det så?

Det är en intressant fråga, för det verkar helt enkelt inte vara logiskt. Om allt i din bil drivs av 12 volts likström, varför använder biltillverkarna då inte längre generatorer, som producerar rik, gräddig likström? Varför skulle det vara meningsfullt att generera växelström och sedan omvandla den till likström?

Som du antagligen gissat finns det en bra anledning, och jag ska försöka berätta den för dig nu.

Först ska vi klargöra vad vi menar med växel- och likström. Bilar använder likström, DC (Direct Current). Det är den typ av elektricitet som produceras av batterier, och den flyter i en konstant riktning. Det är också den typ av elektricitet som produceras av en generator, som användes i bilar från början av 1900-talet och fram till 1960-talet.

Den andra typen av ström är växelström eftersom den periodvis byter riktning. Detta är den typ av elektricitet som man får tillgång till via vilket vägguttag som helst, och vi använder den för att driva hem och byggnader och städer och så vidare eftersom den är lättare att överföra över långa avstånd. Den mesta elektronik – inklusive i stort sett allt i din bil – använder likström internt och måste omvandla strömmen från vägguttaget från växelström till likström. Det är därför som så många elektroniska saker har de där stora tegelstensliknande stickpropparna: det finns hårdvara inuti för att omvandla växelström till likström (och en del värme).

Så, återigen, varför köra något från en bilmotor som producerar fel sorts elektricitet?

Svaret är i stort sett bara att växelgeneratorer helt enkelt är bättre på att omvandla rotationsrörelse till elektricitet. Detta har dock inte alltid varit fallet. Väldigt tidiga bensinbilar med intern förbränning använde sig av magnetos, som var ungefär som grova växelströmsgeneratorer för mycket enkla elektriska system för bilar utan batterier. Dessa utvecklades av en man med det bästa namnet någonsin, Hippolyte Pixii.

Nu kommer den verkliga hemligheten med allt detta. Likströmsgeneratorer (även kända som dynamon) producerar faktiskt också växelström när ankaret (den snurriga delen) snurrar inuti statorn (det yttre ”skrovet” som har ett konstant magnetfält). För att omvandla denna omvända ström till likström används en kommutator. En kommutator är en mekanisk anordning som använder en segmenterad cylinder på de roterande bitarna och några borstar för att skapa elektrisk kontakt.

Detta fungerar, men det finns många mekaniska delar och borstarna kan ibland vara finurliga saker. Ändå var detta det bästa sättet att få likström, vilket är vad du behöver för att ladda batteriet och driva en bils system.

En generator är enklare och lättare, men ger inte den likström som en bil vill ha. Den mekaniska omvandlingen ger i princip bara en generator, så vad är poängen med en generator?

Nja, det fanns ingen poäng förrän i slutet av 1950-talet, då det kom en elektronisk lösning i fast tillstånd för att omvandla växelström till likström, via kiseldiodlikriktare.

Dessa likriktare (ibland kallade diodbryggor) gjorde ett mycket bättre jobb när det gällde att omvandla växelström till likström, vilket gjorde det möjligt att använda de enklare och mer robusta generatorerna i bilar. Den första biltillverkaren som verkligen utvecklade denna idé och tog den till marknaden var Chrysler, som hade erfarenhet av likriktare och elektroniska spänningsregulatorer tack vare forskningsarbete som sponsrades av försvarsdepartementet.

Den första bilen som standardiserades med en växelströmsgenerator var, tro det eller ej, Plymouth Valiant från 1960 (även om man först ville att Valiant skulle vara ett eget varumärke). Några av de mer omedelbart uppenbara fördelarna med generatorn var att den vid tomgång i låg hastighet fortfarande producerade tillräckligt med ström för att hålla batteriet laddat – något som de flesta generatorer inte kunde göra.

Alternatorer är billigare att tillverka än generatorer, de håller längre och producerar mer ström över hela hastighetsområdet. De är bara så mycket bättre att det inte är någon stor sak att omvandla deras växelström till likström – åtminstone har det inte varit någon stor sak sedan utvecklingen av den billiga, pålitliga, fasta recitifieraren.

Så, låt oss sammanfatta: alla metoder för att göra elektricitet genom att snurra något i ett magnetfält eller snurra ett magnetfält runt något eller vad som helst resulterar i växelström, som måste omvandlas till likström för att användas i en bil. En generator hanterar detta internt och mekaniskt med en kommutator och borstar. En generator utför samma trick externt med hjälp av elektronik.

Slutresultatet är dock likström, och en generator plus likriktare är helt enkelt billigare, robustare och bättre på att förvandla spinnande till strålkastarljus eller radiomusik eller torkar som torkar eller vad som helst.

Visst du? Det är vettigt trots allt!