Ist Strom von der Lichtmaschine „frei“?

Ist es angesichts all der Ineffizienzen „kostenlos“, beispielsweise ein Smartphone an ein Auto anzuschließen, um es aufzuladen, während ich fahre?

Kurze Antwort: nein (aber es ist so schwer, die Auswirkungen zu messen, dass es für Sie schwer zu sagen ist).

Denken Sie daran, dass die Lichtmaschine alles mit Strom versorgen muss, was an das elektrische System angeschlossen ist. Das Aufladen des Akkus ist anfangs eine große Belastung, lässt aber nach, wenn der Akku voll aufgeladen ist. Ihre wunderbar kräftige Stereoanlage zieht auch eine Menge Strom. Lichter sind eine weitere überraschend große Last: Erinnern Sie sich an all diese schrecklich ineffizienten Glühlampen, die jeder in seinen Häusern ersetzt? Unter den richtigen Umständen kann ich beobachten, wie mein Motorleerlauf ein wenig abfällt, wenn ich nur die Lichter verwende (wenn ich von vollständiger Dunkelheit auf Fernlicht gehe).

Schlimmer noch, die Lichtmaschine selbst ist nicht besonders effizient. Schauen wir uns den Wikipedia-Artikel an, um eine Zusammenfassung des Grundes zu erhalten:

Die Effizienz von Fahrzeuggeneratoren wird durch Lüfterkühlungsverluste, Lagerverluste, Eisenverluste, Kupferverluste und den Spannungsabfall in den Diodenbrücken begrenzt. Bei Teillast liegt der Wirkungsgrad je nach Größe der Lichtmaschine zwischen 50 und 62 % und variiert mit der Lichtmaschinendrehzahl.[6] Dies ist vergleichbar mit sehr kleinen Hochleistungs-Permanentmagnet-Generatoren, wie sie beispielsweise für Fahrradbeleuchtungssysteme verwendet werden und einen Wirkungsgrad von etwa 60 % erreichen.

Also, noch bevor Sie Ihr Telefon anschließen, wird die Lichtmaschine bereits mit einer Vielzahl viel größerer Lasten fertig, einschließlich ihrer eigenen internen Ineffizienzen. Wenn Sie also ein 2,1-Ampere-Ladegerät an eine Lichtmaschine anschließen, die für 50-70 Ampere ausgelegt ist, ziehen Sie mehr Strom. Außerdem wird die Lichtmaschine induktiv stärker belastet, wodurch die gesamte Mechanik stärker belastet wird.

Wirst du es sagen können? Nicht ohne ein sorgfältiges experimentelles Vorgehen.

Wenn es nicht kostenlos ist, woher kommt die Energie genau? Belastet die Lichtmaschine den Motor physikalisch stärker?

Ja (aber bei weitem nicht so hoch wie das tatsächliche Bewegen des Autos). Wieder mit einem Wikipedia-Artikel als Ausgangspunkt:

Generatoren erzeugen Strom nach dem gleichen Prinzip wie Gleichstromgeneratoren, nämlich wenn sich das Magnetfeld um einen Leiter ändert, wird im Leiter ein Strom induziert. Typischerweise dreht sich ein rotierender Magnet, der als Rotor bezeichnet wird, in einem stationären Satz von Leitern, die in Spulen auf einen Eisenkern gewickelt sind, der als Stator bezeichnet wird. Das Feld schneidet über die Leiter und erzeugt eine induzierte EMF (elektromotorische Kraft), da die mechanische Eingabe den Rotor zum Drehen bringt.

Auf einer unglaublich vereinfachten Ebene können Sie sich also eine Lichtmaschine als etwas Ähnliches wie eine Wasserpumpe vorstellen, außer dass sie, anstatt einen Wasserstrom zu erzeugen, einen elektrischen Strom erzeugt.

Diese Strömung wechselt dann sehr schnell die Richtung, was Sie mit einer Wasserpumpe niemals tun würden, da dies zu Kavitation führen würde. Die Analogie bricht ziemlich schnell zusammen, aber lassen Sie uns mit der Hand an diesem Teil vorbeiwinken ...

Alles, was elektrisch mit dem System verbunden ist, benötigt diesen Strom, um zu fließen. Wenn Sie dem elektrischen System mehr Last hinzufügen, führt dies schließlich zu mehr mechanischer Arbeit für die Lichtmaschine, um diesen ursprünglichen Strom zu erzeugen. Wenn der Motor die Lichtmaschine dreht, führt dies schließlich dazu, dass der Motor mehr Arbeit leistet.

Die Lichtmaschine ist dazu da, Ihre Batterie aufzuladen. Es ist die Batterie, die die elektrischen Komponenten in der Kabine mit Strom versorgt. Ein Spannungsregler bestimmt, ob Ihre Batterie vollständig geladen ist oder nicht, und ermöglicht der Lichtmaschine, sie aufzuladen, wenn dies nicht der Fall ist. Wenn Sie also die Energie nicht verwenden, verwirft der Regler die von der Lichtmaschine kommende Energie. Wahrscheinlich als Wärmeenergie.

Die Lichtmaschine wird von einem Riemen angetrieben, der vom Motor abläuft, sodass ein parasitärer Widerstand entsteht, der den Wirkungsgrad des Motors etwas verringert. Aus diesem Grund verfügen viele Rennwagen über eine Kurbelzündung, die eine Lichtmaschine überflüssig macht. Sie können immer noch eine Batterie mitführen, um die Beleuchtung und/oder das Managementsystem mit Strom zu versorgen. Diese Akkus müssen vor jedem Rennen aufgeladen werden.

Nein, es ist nicht kostenlos. Es ist nur so, dass die Energie zum Aufladen Ihres Telefons im Vergleich zu allem anderen, was im Auto vor sich geht, unbedeutend ist. Sie könnten eine ähnliche Frage stellen: "Woher kommt der Strom, um die Lautsprecher anzutreiben, wenn ich die Lautstärke am Autoradio aufdrehe?". In beiden Fällen lautet die Antwort: Wenn alle anderen Dinge gleich sind, kommt die zusätzliche Leistung von der Lichtmaschine, die den Motor zusätzlich belastet, der entweder etwas mehr Kraftstoff verbrennt (bei gleicher Drehzahl) oder etwas langsamer wird ( wodurch weniger Leerlaufleistung an all die Dinge verloren geht, an die ein Motor im Leerlauf Leistung verliert).

Dies ist manchmal zu beobachten. Wenn sich ein Auto im Leerlauf befindet, z. B. an einer Ampel (Automatikgetriebe in Fahrt, Bremsen betätigt, um es zu halten) oder möglicherweise in Parkstellung (oder neutral bei einem Schaltgetriebe). Aktivieren Sie einen Blinker und hören Sie genau auf das Geräusch des Motors. Sie können bemerken, dass es im Takt des Blinkers ganz leicht ansteigt und abfällt. Dies liegt daran, dass die zusätzliche Leistung zum Aufleuchten aller Blinkerbirnen eine zusätzliche Belastung der Lichtmaschine auferlegt, die wiederum eine zusätzliche Belastung des Motors auferlegt. Diese Demonstration funktioniert möglicherweise nicht, wenn die Blinker LEDs anstelle von Glühlampen verwenden (sie verbrauchen weniger Strom, sodass der Effekt möglicherweise zu gering ist, um ihn zu bemerken).

Fazit: „Es gibt kein kostenloses Mittagessen“. Irgendwo muss ja der Strom zum Aufladen des Handys herkommen – schließlich wäre etwas mehr Treibstoff verbrannt worden, als sonst für etwas anderes aufgewendet worden wäre.

Es hängt vom Fahrzeug ab und davon, wie die Regelung erfolgt.

A) Es ist "frei", wenn der Regler 100 % der Kapazität 100 % der Zeit zieht und den Überschuss auf Masse leitet. Du schöpfst aus verschütteter Energie.

Dies ist bei älteren Motorrädern sehr häufig und kann die Lebensdauer der Statorwicklungen verkürzen. Auf der hellen Seite ist es frei, den Scheinwerfer zu betreiben.

B) Es ist nicht frei, sonst gibt es einen größeren Widerstand unter Last. Ihr Heizungsgebläse ist eine gute Last, um die Lichtmaschine anzuschalten, um dies zu testen, aber nicht die Klimaanlage, da Ihr Gaspedal möglicherweise angestoßen wird, während die Kompressorkupplung eingerückt ist.

Einige spezialisierte Lichtmaschinen/Generatoren haben Getriebe, und einige sehr moderne Systeme haben Buck/Boost/oder Split-Pi-Systeme, die viel effizienter sind als herkömmliche Regulierung und dazu beitragen können, Verluste zu reduzieren.