Du har et kraftverk i bilen: Generatoren. En smart oppfinnelse som skyldes genier som Michael Faraday, Hans Ørsted og Nicola Tesla.
Bildet øverst: Mer og mer – og sterkere og sterkere – lys krevde, sammen med elektrisk opererte vinduer og seter og mye annet, at bilens kraftverk ble høytytende og ga mye strøm også med motoren på tomgang. (Foto: Lincoln)
Av Stein Bekkevold
Helt til i 1960-årene laget bilen sin egen (like)strøm med en tung klump vi kalte dynamo. Likestrøm måtte vi ha for bare den kunne lagres. Den hoppende vekselstrømmen kunne bare brukes der og da. Vekselstrøm var noe bare vannkraftverkene bød på.
Men så kom elektronikken, halvlederne og hele eventyret. Og plutselig kunne de sette en lett og effektiv vekselstrøms-maskin i bilen, la den drives av motoren med en reim og vipps, bilen hadde sin egen robuste strømleverandør. Men det krevde kraftelektronikk – en nyoppfunnet silisiumdiode som gjorde den hoppende strømmen om til likestrøm. Altså en likeretter.
Og om du har hørt begrepet AC Generator så betyr det akkurat det vi snakker om, en Alternating Current generator, en vekselstrøm-produsent.
En av de store fordelene, foruten at de nye maskinene lager mye mer strøm per kilo maskin – også på tomgang, var at bilene trengte mer og mer elektrisk kraft; vi ville absolutt ha elektriske vindusheiser og seter, kraftigere lys, større radio med barske høyttalere, elektriske vindusviskere, oppvarmet bakrute – i det hele tatt kunne ikke den gamle, tunge dynamoen levere kraft nok til alt dette. Og den virket best ved høye turtall mens den nye dingsen altså leverte masse strøm helt fra starten.
Vi nevnte Faraday
Den geniale London-mannen Michael Faraday (1791–1867) var en fattiggutt som kom i bokbinderlære, og leste alt han fant av naturvitenskaplige bøker. Snart havnet han i kretser som utforsket alle naturens underligheter – Royal Society*- og fylte dusinvis av dagbøker med alt han etter hvert oppdaget.
Hans aller største bedrift var å oppdage elektromagnetisk induksjon (1831). Hans tanker la grunnlaget for Maxwells lover, som igjen er basis for elektroteknikken – og en viktig del avteoretisk fysikk.
Også danske Henrik Ørsted (1777–1851) må vi nevne, for han oppdaget elektromagnetismen og skrev om den alt i 1820. Det er med andre ord minst tre navn som må gis æren for dagens bil-kraftverk: Ørsted, Faraday og geniet Tesla – han oppfant vekselstrømmen. Helt på egen hånd.
Vekselstrøms-generatoren er enkel, liten og lett i forhold til gamle dagers tunge likestrømsdynamo. (Foto: Jeep)
Hva er AC?
Et par tekniske spørsmål melder seg: Hva er vekselstrøm og hvorfor er den så bra, hvorfor hadde vi den ikke fra starten av, og hva er en diode? Og hvordan virker en generator, og hvorfor?
Vekselstrøm er, som navnet sier, en strøm som ikke går rett gjennom kabelen. Den går frem og tilbake. Nå er nesten all elektrisitet basert på slik sinusformet strøm. Grunnen er at produksjon, overføring, transformering, omforming (endring av frekvens) og bruk av vekselstrøm er det mest økonomiske – og teknisk beste.
For husholdninger er enfase vekselstrøm det vanligste, ellers er trefase enerådende.
Og om du lurer, så er generatoren av synkron type. Mens altså motoren i en elbil er asynkron. Så har vi oppklart også dette. En av grunnene til at det tok mange titalls år før vekselstrøm kom i bruk var at oppfinnerguru (og multimillionær) Thomas Edison ikke ville ha den; han hadde bygget ut likestrøm for haugevis av dollar og likte ikke at storkaren Westinghouse og oppfinneren Tesla ville ha den vekslende strømmen.
Men til slutt vant de. Så la oss slå fast at også for din fine bil er den vekslende strømmen best. Men den trengte en diode som kunne lage likestrøm av den, for batteriet. Så hva er en diode?
Diode
Svaret er at en diode er en topolet (di-ode, ode som i an-ode og kat-ode og di som i to) elektronisk enhet som bare slipper gjennom likerettet strøm.
Egentlig snakker vi om en halvleder, i nær slekt med transistoren. En slik nekter vekselstrøm å passere, og lar bare den modifiserte varianten av den – likestrømmen – slippe til. Derfra går strømmen til batteriet, og så ut til bilens elektriske dingser. Spesielt de som bare tåler denne lineære strømtypen.
Magnetisk induksjon
Og om du lurer på hvordan generatoren i det hele tatt kan lage strøm, er svaret her: Når en elektrisk leder – en kobbertråd viklet rundt en rotor – roterer i et magnetisk felt og slik skjærer de usynlige kraftlinjene i feltet, induseres en spenning i kobberet; det var dette Faraday oppdaget.
Størrelsen på spenningen (i volt) avgjøres av styrken på magnet-feltet, lengden på den delen av kobberet som skjæres av kraftlinjene, og rotorhastigheten den skjæres med. Så når generatorens rotor snurres av bilens motor, oppstår elektrisitet som går til dioden og inn i batteriet. Enkelt og fikst. Takket være flere genier som sto på skuldrene til hverandre, figurlig talt.
Det hele startet forresten med Alessandro Volta, greven som hadde så mye fritid at han fikk laget verdens første batteri – voltasøylen …. Inspirert var han av en annen italiener, den dissekerende obdusent Galvani som så at det rykket i froskelår når han berørte dem med metall i hver ende og slik oppdaget dyrisk elektrisitet – det vi i dag kaller bioelektrisitet. Verden er i sannhet snodig.
*Engelske Royal Society hadde enorm betydning for utviklingen av fysikk og naturvitenskap. Dette kongelige selskap ble startet av Charles II 28.11.1660, og er verdens eldste. Alle kjente engelske forskere har fått sin ilddåp der, ved å holde innledende foredrag som tillot dem å bli medlem. Om de var smarte nok. Og hadde ikke ertet på seg en av gubbene, slik flere kjente navn gjorde ….
