Чому автомобільні генератори виробляють змінний струм?

Чи замислювалися ви коли-небудь про те, що живить все системи вашого автомобіля ? За рахунок чого заводиться мотор, горять лампочки на приладовій панелі, рухаються стрілки і працюють бортові комп'ютери? Звідки береться електрику на борту? Звичайно, їх виробляє генератор і акумулює хімічний накопичувач енергії багаторазової дії - електричний акумулятор. Це знають всі. Швидше за все, ви також в курсі, що акумуляторна батарея виробляє постійний струм, який використовується в будь-якому автомобілі для живлення приладів. Однак у всій цій стрункій теорії, перевіреної практикою, є одне дивне ланка, яка бажає піддаватися логіці, - генератор виробляє струм змінний, тоді як всі механізми на борту машини споживають струм постійний. Це не здається вам дивним? Чому так відбувається?

Насправді це цікаве питання, тому що в цій історії на перший погляд немає ніякого сенсу. Якщо всі споживачі електрики в вашому автомобілі працюють на 12 вольтах постійного струму, чому автовиробники більше не використовують генератори, які виробляють постійний струм? Адже раніше так і робили. Чому необхідно спершу згенерувати змінний струм, а потім перетворювати його в постійне електрику?

Поставивши собі за такого роду питаннями, ми почали докопуватися до істини. Адже є ж в цьому якась таємна причина. І ось що ми з'ясували.

По-перше, давайте з'ясуємо, що ми маємо на увазі під змінним і постійним струмом. Автомобілі використовують постійний струм, або прямий струм, як його ще називають. У назві прихована суть феномену. Це тип електрики, що виробляється батареями, він тече в одному постійному напрямку. Цей же тип електрики проводився генераторами, які ставилися на перші автомобілі з початку 1900-х років до 60-х років минулого століття. на стареньких ГАЗ М-20 «Перемога» і ГАЗ-69 ставилися саме генератори постійного струму.

Інший вид електрики - змінний струм - названий так через те, що він періодично звертає протягом по напрямку, а також змінюється за величиною, зберігаючи свій напрямок в електричному ланцюзі незмінним. Доступ до цього типу електрики можна отримати в будь-який розетці звичайної квартири по всьому світу. Ми використовуємо його для живлення електроприладів в приватних будинках, будівлях, вогні великих міст також дають світло завдяки змінним струмом, тому що його легше передавати на великі відстані.

Велика частина електроніки, в тому числі майже вся в вашому автомобілі, використовує постійний струм, перетворюючи змінний струм в постійний для виконання корисної роботи. У побутових приладах встановлені так звані блоки живлення, в яких відбувається конвертація одного виду енергії в інший. Побічним результатом роботи перетворення є трохи тепла на виході. Чим складніше побутове начиння, наприклад комп'ютер або Smart TV, тим складніше ланцюжок перетворень. У деяких випадках змінний струм частково не змінюється, а лише коригується його частота. Тому дуже важливо при заміні вийшов з ладу блоку живлення замінювати його на оригінальний, необхідного типу. Інакше техніці настане дуже швидкий кінець.

Але щось ми відійшли від головних питань, поставлених на порядок денний сьогодні.

Отже, навіщо в автомобілях виробляти «неправильний» вигляд електрики?

Загалом, відповідь дуже проста: такий принцип роботи генератора змінного струму. Найбільш високий ККД при перекладі механічної енергії обертання двигуна в електричну енергію відбувається саме за таким принципом. Але є нюанси.

Коротко принцип роботи автомобільного генератора такий:

При включенні запалювання на обмотку збудження подається напруга через блок щіток і контактні кільця.

Ініціюється поява магнітного поля.

Магнітне поле впливає на обмотки статора, що призводить до появи електричного змінного струму.

Далі змінний струм вирушає на випрямний блок, де відбувається його перетворення в постійний струм.

Завершальна стадія «готування» правильного струму - регулятор напруги.

Після всього процесу частина електрики живить електроспоживачі, частина йде на підзарядку акумулятора, деяка частина йде назад на щітки альтернатора (так колись називали генератор змінного струму) для самозбудження генератора.

Вище був описаний принцип роботи сучасного генератора змінного струму, але так було не завжди. Ранні автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння використовували магнето - найпростіше пристосування для перетворення механічної енергії в електричну (змінного струму). Зовні, та й внутрішньо, ці машинки були навіть схожі з більш пізніми генераторами, але використовувалися на дуже простих автомобільних електричних системах без батарей. Все було просто і безвідмовно. Не дарма деякі збереглися до наших часів 90-річні автомобілі заводяться до сих пір.

Індуктори (друга назва магнето) вперше були розроблені людиною з неповторним ім'ям - Іполит Пікс.

Дивіться також: Скільки коштує зарядити електромобіль?

На даний момент ми з вами з'ясували, що тип виробляється генераторами струму залежить від продуктивності перекладу механічної енергії в електричну, але також важливу роль у всій цій історії зіграло зниження маси і габаритів пристрою в порівнянні з аналогічними по потужності пристроями-виробниками постійного струму. Різниця у вазі і габаритах виявилася майже в три рази! Але є ще один секрет, чому автомобільні генератори сьогодні виробляють змінний струм. Коротенько це більш передової еволюційний шлях розвитку генераторів постійного струму, яких, зізнатися чесно, по суті, і не існувало в чистому вигляді.

Історична довідка:

Більш того, генератори постійного струму насправді також виробляли змінний струм, коли якір (рухома частина) обертався всередині статора (зовнішній «корпус», який має постійне магнітне поле). Хіба що частота струму була іншою і «згладити» її в постійний струм можна було простіше - за допомогою комутатора.

Комутатором тоді називалося механічне пристосування з обертовим циліндром, поділеним на сегменти з щітками для створення електричного контакту.

Система працювала, але була неідеальна. У ній було безліч механічних частин, контактні щітки швидко зношувалися, і загальна надійність системи була так собі. Проте це був найкращий спосіб отримати постійний струм, який був потрібен вам для зарядки акумулятора і системи запуску автомобіля.

Так було до кінця 1950-х років, коли почала з'являтися твердотільна електроніка, що стала вирішенням проблеми перетворення змінного струму в постійний за допомогою кремнієвих діодних випрямлячів.

Ці випрямлячі струму (іноді звані доданими мостом) показали себе з кращої сторони в якості перетворювачів змінного струму в постійний, що, в свою чергу, дозволило використовувати більш прості, а значить, більш надійні генератори змінного струму в автомобілях.

Першим закордонним автовиробником, який розвинув цю ідею і вивів її на ринок легкових автомобілів, був Chrysler, який мав досвід роботи з випрямлячами і електронними регуляторами напруги завдяки дослідницькій роботі, спонсорується Міністерством оборони США. У Вікіпедії відзначається, що американська розробка «... повторювала розробку авторів з СРСР», перша конструкція генератора змінного струму була представлена в Радянському Союзі за шість років до цього. Єдиним, але важливим поліпшенням американців стало застосування кремнієвих випрямних діодів замість селенових.

Дивіться також: Розряд автомобільного акумулятора: причини і як його уникнути

В СРСР же, хоч і запізнилися на 7 років з введенням в серію генераторів змінного струму на легкові автомобілі, випередили весь світ в самій розробці нових типів генераторів. Ще в 1955 році на Горьківському автозаводі було випущено 2.000 машин з альтернаторамі замість магнето.

«Одними з провідних розробників, завдяки яким в СРСР і на європейському континенті з'явилася перша серійна конструкція генераторів змінного струму, були Ю. А. купе (НДІ Автоприлад) і В. І. Василевський (КЗАТЕ р Самара)», - йдеться на сторінках Вікіпедії.

Підсумок. Чому генератори на авто виробляють змінний струм?

Ну, а ми завершуємо нашу розповідь. Першим легковим автомобілем, в базовій комплектації якого встановлювався генератор нової конструкції, став Plymouth 1960 випуску. Деякими з найбільш очевидних переваг генератора було те, що на низькій швидкості або на холостому ходу він як і раніше виробляв достатньо струму, щоб заряджати акумулятор , Що більшість генераторів того часу були не в змозі зробити.

Виявилося, що альтернатори, після того як було налагоджено масовий випуск, виробляти дешевше, ніж генератори старої конструкції, вони надійніші, витривалішими і виробляють більше електрики на різних швидкостях обертання колінчастого вала. Вони зробили настільки великий крок вперед, що всі їх плюси запросто перекривали єдиний мінус - вони не могли виробляти постійний струм. Позиція закріпилася після того, як інженерами був розроблений дешевий і надійний твердотільний випрямляч.

Бачите? Зрештою, в цьому є сенс!