Wielkość "efektu elektromagnetycznego", czyli ilość wytwarzanego w ten sposób prądu, jest uzależniona od gęstości uzwojenia, ilości zwojów i łącznej długości przewodu miedzianego, z którego uzwojenie wykonano. W teorii brzmi to tak: poruszanie magnesem we wnętrzu cewki wprawia w ruch swobodne elektrony. Elektrony są pojedynczymi ładunkami elektrycznymi.
Stanowią odpowiedniki kropel wody płynącej w szlauchu ogrodowym - tyle że elektrony nie płyną, a przeskakują z jednego miejsca na najbliższe. Sytuacja jest nam znana choćby z rowerowego dynama: obracanie jego kółeczkiem powoduje palenie się światełka, im szybciej, tym jaśniej świeci lampka. Odpowiednik dynama w samochodzie nazywa się dziś alternatorem - w odróżnieniu od prądnicy, która w starszych samochodach miała budowę identyczną z rowerowym dynamem.
Najprościej rzecz ujmując różnica między prądnicą (czyli dynamem) a alternatorem polega na tym, że prądnica wytwarza prąd stały, a alternator zmienny. Ponadto ze względu na różnice w budowie w alternatorze nie występuje zjawisko iskrzenia, a więc i straty napięcia z tym związane, jest on bardziej trwały i praktycznie bezawaryjny, może pracować z większymi prędkościami obrotowymi (wyższa wydajność, praktycznie pełna już na wolnych obrotach silnika). Odpowiednik magnesu w alternatorze nazywa się twornikiem.
W jaki sposób alternator wytwarza prąd - i to zmienny?
Przyjrzyjmy się. Aby zwiększyć sprawność wytwórczą całej ten maszyny stosuje się prosty trick: we wnętrzu "magnesu", a więc twornika, montuje się jeszcze jedną cewkę, która jest zasilana prądem z akumulatora samochodu. Taki prąd zasilania nazywa się tu "prądem wzbudzenia". Ponieważ jednak sam twornik jest wirnikiem, a więc stale się obraca na osi, dostarczanie prądu wzbudzenia musi sie odbywać za pośrednictwem pierścieni ślizgowych i stykających się z nimi nieruchomych węglowych szczotek - konkretnie grafitowych, które pracują niemal bez tarcia.
Są one dociskane do pierścieni ślizgowych przez specjalne sprężyny. Wokół twornika, w stojanie, znajdziemy zaś cewkę wykonaną z uzwojonego drutu miedzianego - ale w przeciwieństwie do prądnicy tu uzwojenie jest podzielone. Podzielone dokładnie na trzy odrębne, choć współosiowo umieszczone pierścienie. Cewka alternatora jest więc cewką potrójną, wytwarzającą trzy niezależne od siebie napięcia elektryczne.
Fachowo nazywa się to "trójfazowym prądem zmiennym", albo w skrócie prądem trójfazowym. Aby ten zmienny prąd dostosować do budowy i wymagań "software'wowych" instalacji samochodowej, zespół sześciu diod zajmuje się jego przekształceniem w 12-woltowy prąd stały.
A teraz trochę praktyki z życia alternatora: jedziemy samochodem, jest wilgotno, zaparowała tylna szyba. Włączamy więc jej ogrzewanie - a więc odbiornik prądu, dość "ciężki" pod względem poboru, bo 150-watowy. Napięcie w sieci naszego auta spada trochę, co natychmiast jest rejestrowane przez elektroniczny regulator napięcia (zwany często "reglerem").
Jest on umieszczony na tylnej ścianie alternatora. Jego zadaniem jest - jak wynika z samej nazwy - regulowanie wartości prądu płynącego w instalacji elektrycznej auta tak, by zawsze oscylowało jak najbliżej napięcia idealnego - 12 V. Tak więc w naszej przykładowej sytuacji reagując na spadek napięcia wywołany włączeniem ogrzewania tylnej szyby regler podnosi wartość prądu wzbudzenia, czyli zwiększa wydajność magnetyczną magnesu (twornika alternatora).
To z kolei powoduje "popędzenie" do przemieszczania się większej ilości elektronów, a w efekcie podniesienia napięcia w instalacji do poprzedniego poziomu. A teraz clou wszystkiego. My prowadząc samochód z całej tej skomplikowanej i błyskawicznie przeprowadzonej operacji dostrzeżemy najwyżej lekkie wahnięcie igły obrotomierza, bo większe namagnesowanie twornika oznacza większe opory związane z jego wirowaniem wewnątrz cewki stojanu, a więc większe obciążenie silnika.
Ale skąd to tak wyraźne (choć niewielkie!) wahnięcie obrotów silnika?
Przypomnijmy sobie: wydajność przeciętnego nowoczesnego alternatora wynosi zaledwie 50 proc., a więc aby zrównoważyć pobór prądu dostarczonego ogrzewaniu tylnej szyby - 150 W - silnik musi wytworzyć dodatkowo 300 W! 300 W to po przeliczeniu około 0,4 KM, czyli naprawdę dużo.
Takie dodatkowe wytworzenie mocy musi oczywiście kosztować, dla przeciętnego auta może ten koszt wynieść nawet i pół litra paliwa na 100 km! Aby zminimalizować tak wielkie nakłady energetyczne (paliwowe), nie rezygnując przy tym z elektrycznych urządzeń podnoszących komfort, na całym świecie prowadzi się intensywne badania nad nową generacją alternatorów, potężniejszych, wydajniejszych.
Obecnie najlepszym wynikiem może się "pochwalić" alternator o nazwie ISAD firmy Contitech, którego sprawność wynosi aż 80 proc., a na dodatek zastępuje on jednocześnie rozrusznik. Tłum. Maciej Pertyński