Електрогенератори: пристрій, технології, особливості застосування


«А навіщо він, властиво, потрібний?» - Цілком резонно запитають багато читачів. Виявляється, що більшості подібний агрегат просто необхідний, причому причини у кожного покупця свої

Розпещені комфортом міські жителі, одного разу побачивши у приятеля на пікніку генератор, вже не уявляють собі відпочинку за містом без цього «дива».

Для інших станція - це часом єдине джерело електропостачання через проблеми з централізованою мережею або зовсім через її відсутність.

Ремонтні бригади, аварійні служби, власники котеджів, магазинів і АЗС - це далеко не повний перелік клієнтів фірм з продажу генераторів.

Ось і виходить, що дуже різні люди для абсолютно різних цілей рано чи пізно вирішуються придбати свою власну автономну «електророзетку». Саме так потрібно сприймати сучасну, компактну, економічну і тиху бензинову (дизельну) електростанцію.

Це треба знати

При виборі генератора, як правило, керуються особистими уподобаннями. Кому-то подавай мобільність і малу вагу, другому необхідні можливість автоматизації й тривалої безперервної роботи, а інший хоче те й інше відразу, та щоб дешево. Але в будь-якому випадку доводиться вирішувати завдання вибору агрегату відповідної потужності. Для початку спробуємо з'ясувати, що ж це таке - «потужність електричного струму»?

Як розрахувати необхідну потужність генератора?

Візьмемо, наприклад, 2-кіловатний обігрівач, 1-кіловатний пилосос і 300-ватну морозильну камеру. Що об'єднує такі різні навантаження? Виявляється, щоб «заживити» кожну з них, необхідний електрогенератор потужністю як мінімум 3 кВ • А.

Виникає два резонних питання. Перше: чому одна і та ж величина (потужність) вказується в різних одиницях виміру: кВт і кВ • А? І друге: чому споживачів електричної енергії (у нас це обігрівач, пилосос і морозильник) не можна «стригти під одну гребінку»?

Що таке коефіцієнт потужності?

Зі шкільного курсу фізики відомо, що потужність дорівнює добутку напруги і струму. Тому логічно, що вимірюється вона в вольт-амперах, або ВА. Це повна або, як її ще називають, здається потужність. Остання поділяється на дві складові.

За рахунок невеликих розмірів деякі моделі генераторів зручно не тільки перевозити, а й переносити.

Активна (корисна) витрачається безпосередньо на здійснення роботи, типової для даного електроприладу. Цю «видиму" частину вимірюють у ватах, або Вт. Реактивна, вимірювана у вольт-амперах реактивних (вар), витрачається на створення магнітних полів в котушках і електричних полів в конденсаторах.

Після взаємодії з навантаженнями реактивного характеру синусоїди струму і напруги зсуваються один щодо одного на деякий кут Phi. Чим він ближче до 0 (cos Phi -> 1), тим більше корисна потужність, тому що в конкретний момент часу перемножуються максимальні значення вольтажу і ампер. Прилади з cos Phi менше 0,7 підключати до мережі заборонено правилами.

Тепер відповімо на друге питання. Почнемо з пилососа: чому щодо нього не можна повністю реалізувати потужність генератора?

Електричний опір пилососа має реактивну складову, причому індуктивного характеру. Головний «винуватець» цього - електромотор з його обмотками, які додають до різниці фаз генератора (альтернатори) електростанції власну різницю фаз того ж знаку (напрямку). У результаті доводиться застосовувати ще один - поправочний - коефіцієнт потужності, що характеризує тепер вже споживача енергії.

Електрогенератор

Електрогенератор, або альтернатор, як його часто називають фахівці, перетворює механічну енергію обертання валу двигуна в електромагнітну енергію змінного струму. У залежності від його типу і конструкції електростанція підходить для вирішення тих чи інших завдань.

Синхронний чи асинхронний?

Для порушення ЕРС (електрорушійної сили) в обмотках статора (нерухома частина генератора) потрібно створити змінне магнітне поле. Це досягається обертанням намагніченого ротора (інша його назва - якір). Для намагнічування використовують різні прийоми.

Так, у синхронного генератора на якорі є обмотки, на які подається електричний струм. Змінюючи його величину, можна впливати на магнітне поле, а, отже, і на напругу на виході статорних обмоток. Роль регулятора чудово грає найпростіша електрична схема зі зворотним зв'язком по струму і напрузі. Завдяки цьому здатність синхронного альтернатори «проковтувати» короткочасні перевантаження дуже висока й обмежена лише омічним (активним) опором його обмоток.

Однак у такої схеми є й недоліки. Перш за все, струм доводиться подавати на обертовий ротор, для чого традиційно використовують щітковий вузол. Працюючи з досить великими (особливо під час перевантажень) струмами, щітки перегріваються й частково «вигорають». Це призводить до поганого їх прилягання до колектора, до підвищення омічного опору і до подальшого перегріву вузла. Крім того, рухливий контакт неминуче іскрить, а значить, стає джерелом радіоперешкод.

Щоб уникнути передчасного зносу, рекомендується час від часу контролювати стан щіткового вузла і при необхідності очищати або міняти щітки. До речі, після їх заміни бажано дати їм час «приробитися» до колектора, а вже потім навантажувати станцію «по повній програмі».

Багато найсучасніші синхронні генератори забезпечені бесщеточними системами збудження струму на котушках ротора (їх ще називають brashless). Вони позбавлені перелічених вад, а тому краще.

Асинхронний генератор взагалі не має обмоток на роторі. Для порушення ЕРС в його вихідний ланцюга використовують залишкову намагніченість якоря. Конструктивно такий альтернатор набагато простіше, надійніше і довговічніше. До того ж, оскільки обмотки ротора охолоджувати не потрібно (їх просто немає), корпус асинхронного генератора можна зробити закритим і тим самим практично виключити потрапляння всередину пилу і вологи.

На жаль, асінхроннікі теж не позбавлені недоліків. Стабільність напруги на виході у них зазвичай гірше, ніж у сінхронніков. Та й здатність до пускових перевантажень залишає бажати кращого: при досягненні деякого критичного значення струму в обмотках статора, ротор просто розмагнічується. Втім, намагнітити його нескладно - достатньо подати на певні входи вказане в інструкції напруга.

Перераховані «асинхронні проблеми» частково вирішують, оснащуючи станції регулятором напруги і стартовим підсилювачем. Проте всі ці «навороти» позбавляють агрегат його головного достоїнства - простоти.

Скільки ж у ньому фаз?

Дійсно, навіщо потрібні незрозумілі три фази, коли й з однією-то не розберешся? Але в тому-то й річ, що без них - нікуди. Почнемо з того, що трифазна схема підключення дозволяє передавати енергію трьох однофазних джерел лише по трьох проводах (у випадку однофазної схеми треба було б виділити по два дроти на кожне таке джерело).

У підсумку при рівній вихідній потужності трифазний альтернатор компактніше, легше і має більший ККД. До того ж він більш універсальний - на виході дає як побутові 220 вольт, так і промислові 380. Але майте на увазі: повноцінно працювати на однофазну навантаження трифазний альтернатор може тільки при правильному підключенні.

Двигун

Будь-який, навіть самий прегарний альтернатор не видасть і вата потужності, якщо його не буде крутити двигун. Які вони бувають і чим розрізняються?

Бензинові мотори

Зазвичай на бензинових електростанціях малої і середньої потужності застосовуються карбюраторні, або, як їх часто називають, бензинові мотори (зовсім правильний термін - «двигун внутрішнього згоряння із зовнішнім сумішоутворенням»).

Як виявляється з назви, паливом для них слугує бензин. Сгорая, він віддає частину своєї енергії поршню, здійснюючи корисну роботу, а все що залишилося - витрачає на нагрівання атмосфери і деталей мотора. Зрозуміло, чим більше джоулів іде в корисну справу, тим краще.

Підвищення ККД - складне технічне завдання, для вирішення якої вдаються до різних прийомів.

Досягти якісного стрибка в боротьбі за зниження витрати палива вдалося при переході до верхнеклапанною компонуванні двигуна. Одна з таких схем з розподільним валом у картері і штанговим приводом одержала в останні роки найбільше поширення й позначається OHV. Її впровадження дозволило зменшити площу поверхні камери згоряння, а значить, зменшити нагрівання деталей мотора. Крім того, з'явилася можливість підвищити ступінь стиснення (з 5-6 до 7-9 одиниць) при використанні бензину колишньої марки, що ще більше підвищило ефективність.

На жаль, подальше підвищення ККД бензинового двигуна за рахунок збільшення ступеня стиснення недоцільно - це потребує значного збільшення октанового числа палива (тобто його вартості). В іншому випадку горюча суміш, детонуючи, буде згоряти завчасно, штовхаючи поршень проти його руху.

Для наступного якісного кроку необхідно кардинально поліпшити сам процес сумішоутворення, тобто відмовитися від карбюратора на користь систем упорскування з електронним управлінням. А ціна найпростіший з них впритул наближається до вартості недорогого мотора разом з його карбюратором.

Дизельні мотори

Дизельні електростанції мають недосяжно низьким для бензинового мотора витратою палива. У нього ступінь стискування обмежена, головним чином, міцністю й термостійкістю деталей поршневої і кривошипно-шатунной груп. Для нормальної роботи в жорстких режимах дизельні мотори доводиться робити дуже міцними, тобто важкими. Як наслідок, при високій частоті обертання вала вони зношуються швидше, чим більш легкі деталі карбюраторного двигуна. Вищесказане жодним чином не означає того, що дизель менш довговічний (тут саме час згадати про високий запас міцності), а лише пояснює причину, по якій він «воліє» знижені оберти.

У такого мотора є два серйозні недоліки: висока вартість і відносно велика маса. Складність і дорожнечу ремонту в розрахунок брати не будемо - вони скомпенсовані надійністю і довговічністю.

Коротко підсумувати проблему вибору типу силової установки можна так:
- Будь-який дизель економічніше бензинового мотора і до своєї «смерть» зазвичай встигає окупити різницю в ціні.
- «Тихохідний» (1500 об. / Хв) дизель перевершує бензиновий мотор по ресурсу приблизно в чотири-п'ять разів, а за вагою - у два-три рази. «Швидкохідний» (3000 про. / Хв) по обох параметрах випереджає карбюраторний мотор приблизно в півтора рази.
- Якщо в конструкції не передбачені свічки розжарювання (а вони є, як правило, лише на дуже потужних двигунах), запустити дизель при негативних температурах вельми непросто.
- Узимку на дизельному моторі потрібно використовувати спеціальні сорти палива.

Дво-та чотиритактні двигуни

Конструктивно двотактні мотори простіше і, відповідно, дешевше, легше і надійніше (іноді - ще й довговічніше) чотиритактних. Зворотний бік медалі - підвищена витрата палива і необхідність возитися з маслом (його доводиться подавати разом з бензином).

Але немає лиха без добра: густеющее на морозі масло не перешкоджає прокрутці холодного двигуна, кожен оборот якого, до речі, прирівнюється до двох «чотиритактним». Ті, хто працюють або живуть на Півночі, це чудово знають і віддають перевагу саме такі движки. Завести промерзлий «четирехтактніков» практично неможливо, і тут вже не до економії. .

Словник термінів

API - свідчення того, що рівень експлуатаційних властивостей масла визначений відповідно до стандартів Американського інституту нафти. Перша літера індексу, наступна в абревіатурі за API, позначає категорію: S - для бензинових моторів, C - для дизельних.

Бензинові електростанції хоча легені й з хорошим ККД, однак паливо витрачають більше, ніж дизельні.

Друга - групу якості. Найнижчий рівень - у масел з буквою «А», вищий - «В» і т. д. Якщо позначення подвійне, наприклад API SJ / CF, означає змащення можна використовувати і як SJ, і як CF.

AVR - розшифровується як Automatic Voltage Regulator. Цю систему встановлюють на синхронні альтернатори для стабілізації вихідної напруги (зазвичай воно підтримується з точністю до 5%). Для прецизійної (точної) регулювання вдаються до додаткових електронних пристроїв, які, як правило, купують за окрему плату.

SAE - означає, що клас в'язкості олії визначений відповідно до стандартів Суспільства автомобільних інженерів США. Зимові класи позначають у вигляді числа з індексом W (від winter - зима), наприклад SAE 5W; літні - тільки числом, наприклад SAE 30; а універсальні - комбінацією того й іншого через дефіс, наприклад SAE 5W-30. До речі, для двигунів, що змащуються розбризкуванням, в'язкість особливо важлива. Занадто густе масло не утворює «масляного туману», а тому не надходить на тертьові пари.

Тепловий автомат без запобіжником - призначений для захисту генератора від перевантажень. На сьогоднішній день це найпоширеніша пристрій захисту електромережі.

Безщітковий генератор (brashless) - синхронний альтернатор, в конструкції якого немає щіток. Він не вимагає обслуговування, довговічний і при роботі не створює радіоперешкод. Інтенсивно витісняє з ринку малої і середньої по потужності техніки генератори традиційної конструкції.

декомпресора - при ручному запуску автоматично прочиняє один з клапанів мотора і тим самим полегшує розкручування валу до необхідних обертів. Практично всі чотиритактні мотори (і дизельні, і бензинові), що мають ручний стартер, оснащують цим пристроєм.

Диференціальна захист від витоків струму - звичайне УЗО, зараз воно має бути в будь-якій квартирі. Призначення - підвищення безпеки роботи з генератором. Справа в тому, що винуватцем большінстватравм виступає струм, що проходить між фазою і землею. Приклад: людина стоїть на рамі генератора і доторкається до неізольованого проводу. Звичайний автомат в такій ситуації не спрацьовує - занадто мала навантаження, а ось диференціальний захист обов'язково розімкне силовий ланцюг.

Захист за рівнем масла - передбачена на всіх сучасних моторах. При зниженні рівня нижче критичного вона відключає двигун або сигналізує про це. На моторах з масляним насосом зазвичай контролюється не рівень, а тиск масла в робочому контурі.

Клас захисту по DIN 40050 - німецький стандарт, по ньому оцінюється захищеність альтернатори від зовнішніх впливів. Він позначається двома буквами (IP) і двома цифрами.

Друга цифра означає:
0 - захист відсутній;
1 - захист від вертикально падаючих крапель води;
2 - захист від крапель води, падаючих під кутом 15 градусів до вертикалі; [BR ] 3 - захист від струменів води, падаючих під кутом до 60 градусів до вертикалі;
4 - захист від водяного пилу, що розповсюджується з усіх сторін;
5 - захист від струменів води, падаючих з усіх сторін під будь-яким кутом.

Дизельний електрогенератор економічний і надійний, але в сильні холоди може доставити багато проблем через замерзлого палива.

Системи підвищення економічності - економічний режим включається або вручну, або автоматично при зменшенні споживаної потужності до критичного рівня. При цьому мотор станції починає працювати на знижених оборотах, що дозволяє витрачати істотно менше палива і зменшити рівень шуму.

Система стартового посилення - застосовується для поліпшення перевантажувальної здатності. У разі асінхронніков, як правило, не дозволяє досягти результатів, характерних для сінхронніков. До речі, в останніх система стартового посилення найчастіше представляє собою запобіжний автомат, який має спеціальні характеристики.

Мастило під тиском - сприяє довговічною роботі мотора з малим зносом і рідкісним обслуговуванням. Така система за наявності фільтрує олію, а отже, продовжує термін служби мастила і покращує стабільність її властивостей. Її застосування виправдане для дорогих двигунів з високою потужністю і завантаженістю деталей.

Паливний (топливоподкачивающий) насос - у бензинових електростанцій дозволяє помістити паливний бак (або додаткові ємності) нижче рівня карбюратора, а у дизельних - розмістити баки набагато нижче мотора (наприклад, на нижньому поверсі будинку або взагалі під землею). Випускають насоси з механічним (їх розміщують безпосередньо на двигуні), електричним або пневматичним (вакуумним) приводом.

Управління повітряною заслінкою - повітряна заслінка необхідна для штучного збагачення робочої суміші (так називають суміш повітря і бензину, вироблену карбюратором). Вона сприяє легкому й упевненому запуску мотора, особливо в умовах знижених температур. Перед стартом заслінку слід закрити, а після прогріву - відкрити. Є як прості системи з вакуумним приводом, так і більш складні з вакуумним приводом і датчиком температури. (Якщо управління заслінкою ручне - без автоматики, дистанційний запуск електростанції неможливий. )

Свічки розжарювання - служать для полегшення запуску дизельного мотора в умовах знижених температур. Зазвичай їх встановлюють на потужні двигуни (за додаткову плату).

Довідкове бюро

Які особливості експлуатації у дизеля? Щоб уникнути детонації і підвищити ступінь стиснення, пальне краще додавати в циліндр з повітрям не заздалегідь, а в момент запалювання. Саме так працює дизельний мотор, в якому компресія настільки велика, що температури стисненого повітря достатньо для самозаймання пального. Як наслідок, в окремій системі запалювання зовсім немає потреби.

Для нагнітання палива у форсунки використовують ПНВТ (паливний насос високого тиску). Його конструкція не складна, але вимагає дуже точної обробки і підгонки деталей. У разі поломки або зносу його зазвичай не ремонтують, а, незважаючи на високу вартість (до 1 / 3 вартості всього мотора), замінюють цілком. Полагодити його в «польових» умовах просто нереально - тривіальні випадки на кшталт відкрутитися гайки в розрахунок брати не будемо.

Типовими несправностями паливної апаратури, піддаються «лікуванню», вважаються всілякі засори фільтрів і «зависання» запірної голки форсунок. Не сказати, щоб легко, але при бажанні впоратися з ними самостійно можна.

Чому взимку використовують спеціальну «солярку»? На відміну від бензину дизпаливо насичене різними домішками, велика частина яких (за масою) відноситься до парафіну. Влітку вони себе ніяк не проявляють, а ось взимку - при мінусових температурах - кристалізуються, роблячи рідина більш вузький. Якщо їх зміст велике, «солярка» перетвориться на «холодець» або взагалі в «тверде тіло». А якщо мало, то утворилися кристалики заб'ють фільтр тонкого очищення палива, навіть якщо в'язкість залишиться в нормі.

Щоб не потрапити в халепу, потрібно вчасно перейти на зимові сорти пального або скористатися спеціальними присадками. Якщо вміст бака вже нагадує шматок желе, вони, зрозуміло, не допоможуть, - шукайте паяльну лампу. Застосовувати такі препарати необхідно заздалегідь (у крайньому випадку - на стадії помутніння палива).

У чому особливості двотактного мотора? За кожний оборот колінчастого валу (іншими словами, за два такти) кожен циліндр такого двигуна встигає «переварити» порцію пального, тоді як «четирехтактніков» для цього потрібно два оберти. Наслідки - меньшіепотері на тертя і майже в два рази більша потужність при інших рівних умовах.

Такти вихлопу та всмоктування суміщені з робочим і замінені «продувкою». У результаті поршень «недоотримує» частина енергії, а горюча суміш потрапляє не тільки в циліндр, а й у вихлопну трубу. Для «вдування» використовують простір під поршнем, зворотний бік якого виступає в якості поршня компресора.

Звідси і необхідність подавати масло разом з паливом - адже в картер його вже не наллєш. Виняток - двигуни з системою змащення замкнутого типу, але на малій техніці їх зазвичай не застосовують.

Чому генератори названі «синхронними» і «асинхронними»? Як відомо, електромотор - оборотна машина, тобто він здатний не тільки споживати, але і виробляти електроенергію. А значить, електродвигун і електрогенератор - практично одне і те ж (невеликі відмінності лише в конструкції). До речі, саме від моторів альтернатори отримали свою назву.

Розглянемо три котушки індуктивності, розташовані по колу. До кожної з них підведено змінний струм, фази якого зрушені один щодо одного на 120 градусів (саме такий кут між двома сусідніми котушками). Сума їх магнітних полів утворює вектор постійної довжини, що обертається з частотою, рівною частоті змінного струму, поточного по обмотках.

Якщо в такій статор помістити циліндричний ротор (якір) з струмопровідного матеріалу, він почне обертатися, слідуючи за вектором намагніченості. Чим більше різниця частот обертання його і сумарного поля котушок, тим більший на нього діє обертовий момент. Характер такої роботи - асинхронний (швидкість обертання ротора не синхронна частоті зміни поля статора). Це схема роботи трифазного електромотора (можна було розглянути і однофазний, але там ситуація менш наочна).

Щоб такий движок зміг стати альтернують (генератором змінного струму), його ротор повинен бути не тільки провідником, але і магнітом (тобто мати намагніченість). Звичайно, функціонує він синхронно, тобто частота виробленого струму в точності дорівнює оборотів ротора, але за аналогією з мотором його називають асинхронним.

Синхронний електродвигун влаштований інакше. Ротор у цьому випадку є не провідником, а електромагнітом. Якщо до обмоток якоря підвести струм, то він прийде в рух і буде обертатися до тих пір, поки напрямок його магнітного моменту не співпаде з напрямком магнітного моменту статора. Щоб ротор продовжив обертання, треба змінити напрямок струму в обмотках. І так кожні пів-обороту. Виходить, що частота зміни змінного магнітного поля в точності збігається з оборотами ротора. Звідси й назва - синхронний електродвигун. Для перетворення такого мотора в альтернатор дещо змінюють його конструкцію, але принцип роботи залишається колишнім.

Які марки альтернують найбільш популярні? Основні виробники альтернують: Generac (Англія), Leroy Somer (Франція), Mecc Alte (Італія), Metallwarenfabrik Gemmingen (Німеччина), Sawafuji (Японія), Sincro (Італія), Soga (Італія), Stanford (Англія), Yamaha (Японія ) та ін.

Найпоширеніші марки моторів. Бензинові двигуни випускають Briggs & Stratton (США), Honda (Японія), Kubota (Японія), Lombardini (Італія), Mitsubishi (Японія), Robin (Японія), Suzuki (Японія), Tecumseh (Італія), Yamaha (Японія) та ін. Знайти генератор з вітчизняним бензиновим мотором практично неможливо.

Дизельні двигуни виробляють Acme (Італія), Hatz (Німеччина), Honda (Японія), Iveco (Італія), Kubota (Японія), Lombardini (Італія), Robin (Японія), Yamaha (Японія), Yanmar (Японія) та ін. Вітчизняні дизелі випускають у В'ятці, Тулі, Челябінську, Володимирі, Рибінську та Ярославлі, але встановлюють їх, як правило, на потужних електростанціях

Дата: 2010-10-28
Джерело: mirdomov.ua



Додати коментар


Текст *:  

Ваше ім'я *:  
Email *:   (не буде опублікований)
Телефон:  
Повідомлення:  
Перевірка *
Введіть код: 


Інші статті про нерухомість

З яких документів почати будівництво приватного будинку?
Найраща пора року для придбання квартири, або на що дійсно необхідно звернути увагу
Як узаконити самовільне будівництво в Україні
Головні тренди на ринку нерухомості в 2018 році: новобудови і однушки
Мандрівники визначилися з кращим готелем світу
Податок на нерухомість в Україні: як не платити штраф у 2018 році
"Доступне житло": як держава допомагає українцям купити квартири
Покупці житла повертаються з передмістя до Києва
Коли краще продавати квартиру: нюанси ринку нерухомості
Ознаки афери при продажу нерухомості: як розпізнати?


Loader