W czasach ciągłego rozwoju elektromechaniki nikt nie wyobraża sobie silnika nie mającego na wyposażeniu alternatora. Jest to niezbędny element oprzyrządowania serca pojazdu, zwłaszcza gdy w przeciętnym samochodzie ilość elektroniki potrafi zawrócić w głowie. Przybliżamy historię powstania tej fascynującej części.
Prądnica prądu stałego
Prądnica prądu stałego jest już elementem, który wylądował w piwnicy motoryzacji, gdzie praktycznie obrósł kurzem. Jednak trzeba pamiętać, że jest to jeden z przełomowych wynalazków w dziedzinie elektromechaniki pojazdowej i był swego czasu istotnym podzespołem. Odpowiedzialny za ten przełom w dziedzinie elektromechaniki jest Thomas Edison. Prądnica napędzana jest od wału korbowego za pośrednictwem paska klinowego.
Obudowa prądnicy to cylindryczny stojan, w którego wnętrzu zamontowane są nabiegunniki oraz uzwojenia wzbudzania. Wirnik ułożyskowany jest w dwóch pokrywach łożyskowych. W tylnej tarczy znajduje się szczotkotrzymacz, który zapewnia odpowiedni docisk szczotek do wirującego komutatora wirnika. Zadaniem wentylatora zintegrowanego z kołem pasowym jest wymuszenie przepływu powietrza przez wnętrze prądnicy. Powstający w wirującym wirniku prąd przekazywany jest przez szczotki na zacisk prądnicy i do instalacji elektrycznej pojazdu.
Prądnica prądu przemiennego – Alternator
Nikola Tesla przyjechał do Nowego Jorku w czerwcu 1884 roku. Jego celem była praca w laboratorium Edisona. Rekomendacje, które przywiózł z Paryża sprawiły, że został przyjęty. Z początku praca zapowiada się interesująco, młody Tesla potwierdził swoje umiejętności, proponując zastosowanie prądu przemiennego, mocno zwiększającego wydajność (o ok. 50%) wytwarzania energii elektrycznej. Niestety Thomas Edison nie był zadowolony z tego pomysłu. Różne źródła podają, że taka decyzja była spowodowana nadmierną pewnością siebie Edisona oraz jego rozdmuchanym ego. Spowodowało to zakończenie współpracy między pionierami, którzy przestali darzyć się sympatią doprowadzając do rywalizacji.
Odpowiedzialny za projekt i zbudowanie prądnicy prądu przemiennego jest Nikola Tesla, który zgłosił swój patent 15 listopada 1890 roku. Alternator służy do zmiany energii mechanicznej w prąd przemienny. Jest on wytwarzany w uzwojeniach stojana przez wirujące magnesy tworzące pole magnetyczne wirnika. Alternator jest znacznie wydajniejszym urządzeniem i bardziej niezawodnym od poprzedniego rozwiązania – prądnicy prądu stałego.
Prądnice prądu stałego nie zostały wyparte od razu. Proces ten trwał do mniej więcej lat 60-tych. Zastąpienie dotychczasowego rozwiązania było efektem zwiększającej się potrzeby na energię elektryczną pojazdów, ponieważ alternator jest znacznie lżejszy i zdolny do wytwarzania prądu już przy niewielkiej prędkości obrotowej wirnika. Dla zapewnienia współpracy z akumulatorem, który do ładowania wymaga prądu stałego, alternator posiada wbudowany prostownik na diodach krzemowych. Często zawiera też wbudowany regulator napięcia.
Układ prostowania prądu posiada często oddzielne diody do prostowania prądu głównego i oddzielne 3 diody do prostowania prądu używanego do wzbudzania alternatora (alternator 9-diodowy). Taki układ zapewnia, że podczas małych obrotów silnika lub przy włączonej instalacji elektrycznej przy wyłączonym silniku wirnik alternatora nie jest magnesowany i nie pobiera prądu z akumulatora, jak to się dzieje w prądnicach i alternatorach 6-diodowych. W nowoczesnych samochodach układ prostowania i regulator poziomu wzbudzania, zwany regulatorem napięcia, są instalowane w alternatorze.
Alternator Kompaktowy
Dynamiczny rozwój elektryki w samochodach sprawił, że konwencjonalne alternatory powoli przestawały wystarczać. Dlatego początek lat 90-tych jest początkiem nowej generacji alternatorów, które mogą pracować przy wyższych obciążeniach elektromagnetycznych. Jest on stosowany z ulepszeniami do dzisiaj. Alternator kompaktowy różni się od swojego poprzednika kilkoma elementami.
W układzie chłodzenia zastosowano dwa wentylatory, dokonano zmian w stosowanych materiałach izolacyjnych, odpornych na wysokie temperatury i zmiany wysokoobrotowych, łożysk kulkowych. Wprowadzono również diody Zenera, jako diody prostownicze, które skuteczniej chronią systemy samochodu przed przepięciami, a także dodatkowe diody w punkcie zerowym gwiazdy uzwojenia stojana, co pozwoliło na zwiększenie prądu oddawanego przez alternator.
Historia Boscha związana z alternatorami:
Komentarze