Prądnice prądu stałego

Samochodowe prądnice prądu stałego to już historia motoryzacji. Już dawno zostały zastąpione urządzeniami pod wieloma względami lepszymi – tzw. alternatorami, czyli prądnicami prądu przemiennego.

Ostatni samochoód wyposażony w prądnicę jaki pamiętam to Polski Fiat 126p, który gdzieś do roku 1985 miał właśnie prądnicę prądu stałego.

W dzisiejszych czasach, zwłaszcza biorąc pod uwagę „energożerność” wyposażenia elektrycznego pojazdu i chociażby obowiązek całodobowego jazdy na światłach pojazd taki nie miałby racji bytu.

Mimo to uznałem, że parę słów na temat prądnic należy napisać, zwłaszcza że w samochodzie można spotkać pewne urządzenia, których budowa będzie bardzo podobna. I może od tego zaczniemy, że samochodowe prądnice prądu stałego należą do pewnej grupy urządzeń zwanych maszynami prądu stałego. Ich cechą charakterystyczną jest odwrotność pracy tzn. że bez żadnych zmian kostrukcyjnych maszyna w zależności od tego czy doprowadzamy czy odprowadzamy prąd może pracować jako silnik lub prądnica. Jest to duża zaleta, wykorzystywana chociażby w nowoczesnych układach napędowych (np. energia hamowania może być zamieniona na elektryczną w maszynie pracującej jak prądnica, a gdy to konieczne maszyna jako silnik elektryczny może napędzać pojazd).

Zasada działania prądnicy opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, które polega na powstaniu napięcia na końcach uzwojenia wirującego w polu magnetycznym.

Pole magnetyczne może być wytworzane przez magnesy trwałe lub elektromagnesy. Jeśli ramkę (czyli jeden zwój przewodnika) wprawimy w ruch obrotowy to na na jej końcach powstanie napięcie o zmieniającej się wartości, ale o stałym kierunku:

Aby uzyskać prąd, którego wartość zmieniać się będzie w węższych granicach, wystarczy podzielić dwa pierścienie na więcej części i podłączyć końce kolejnych uzwojeń – im więcej uzwojeń, tym prąd będzie bardziej „wyprostowany”. Dla dwóch ramek (czteroczęściowego pierścienia) przebieg napięcia będzie następujący:

W rzeczywistości, w celu zwiększenia efektywności pracy prądnicy nie stosuje się ramek lecz uzwojenia, nawinięte w odpowiednio ukształtowanych rowkach wirnika:

Budowę typowej prądnicy samochodowej przedstawiają dwa umieszczone poniżej rysunki przerkojowe:

Prądnica przymocowana jest najczęściej za pomocą wsporników do kadłuba silnika i napędzana od wału korbowego za pośrednictwem paska klinowego. Obudowę prądnicy stanowi cylindryczny stojan, w którego wnętrzu osadzone są nabiegunniki i uzwojenia wzbudzania. Wirnik zwany również twornikiem (bo w nim „tworzy” się prąd) ułożyskowany jest w dwóch pokrywach (tarczach) łożyskowych – przedniej i tylnej. W tylnej tarczy (od strony komutatora) znajduje się tzw. szczoktotrzymacz (nazwany na rysunkach przyrządem szczotkowym i trzymadłem szczotkowym), który zapewnia odpowiednie dociskanie szczotek do wirującego komutatora wirnika. Zadaniem wntylatora zintegrowanego z kołem pasowym jest wymuszenie przepływu powietrza przez wnętrze prądnicy w celu jej chłodzenia. Powstający w wirującym wirniku prąd przekazywany jest przez szczotki na zacisk prądnicy i do instalacji elektrycznej pojazdu (poprzez regulator prądnicy).

A tak wygląda prądnica wymontowana z pojazdu: