Вибір генератора

08.08.2015

Вибір генератора

У цій статті ми зібрали весь необхідний мінімум знань про генераторах, який дозволить вам зробити правильний вибір і не попастися в мережі не добросовісних продавців:

-Розрахунок потужності генератора

-Типи електрогенераторів

-Типи двигунів

-Вибір генератора

-Словник термінів

При виборі генератора кожен керується своїми особистими уподобаннями. Комусь важливий мобільність і малу вагу, іншому необхідні можливість автоматизації і тривалої роботи, а інший хоче і те і інше відразу, та ще, щоб дешево. Але в будь-якому випадку, доводиться так чи інакше вирішувати задачу вибору агрегату відповідної потужності. Для початку спробуємо з’ясувати, що ж це таке — «потужність електричного струму».

РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ГЕНЕРАТОРА

Візьмемо, приміром, 2-кіловатний обігрівач, 1-кіловатний пилосос і 300-ватну морозильну камеру. Що об’єднує такі різні навантаження? Виявляється, щоб «живити» кожну з них, необхідний генератор потужністю як мінімум 3кВт або кВА.

Виникає два резонних питання.

* чому одна і та ж величина (потужність) вказується в різних одиницях вимірювання (відповідно кВт і кВА).

* чому споживачів електричної енергії (у нас це обігрівач, пилосос та морозильна камера), не можна «стригти під одну гребінку»?

Що таке коефіцієнт потужності?

Багато виробників в каталогах призводять так звану максимальну вихідну потужність. Майте на увазі: цей параметр передбачає короткочасну роботу агрегату (в залежності від фірми інтервал коливається від декількох секунд до декількох хвилин). Реальна номінальна потужність зазвичай на декілька (інколи десятки) відсотків нижче.

Припустимо, електростанція виробляє 3 кВА і має коефіцієнт потужності (так званий cos φ) 0,8. В цьому випадку ми можемо реально отримати від неї лише 3 кВА х 0,8 = 2,4 кВт. Тут і криється різниця між кВт і кВА.

Деякі виробники і продавці по-різному вказують одне і те ж значення потужності. Наприклад, призводять відразу дві величини (3000 ВА при cos φ =0,8 і 2400 ВА при cos φ =1) або лише одну (2400 ВА при cos φ =1), позбавляючи покупця від необхідності самостійно виконувати арифметичні обчислення. На жаль, деякі продавці не вказують cos φ з інших причин, намагаючись видати електростанцію за більш потужну.

Які бувають навантаження?

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

Трохи «лікнепу»: активні (омічні) навантаження — тобто у яких вся споживана енергія перетворюється в тепло (наприклад лампи розжарювання, обігрівачі, електроплити, праски тощо). Всі інші навантаження — реактивні. Вони, в свою чергу, поділяються на індуктивні та ємнісні. Найпростіший приклад перших — котушка, друге — конденсатор. У реактивних споживачів енергія перетворюється не тільки в тепло — частина її витрачається на інші цілі, наприклад, на створення електромагнітних полів.

Електричне опір пилососа має реактивну складову, причому індуктивного характеру. Головний «винуватець» цього — електромотор з його обмотками, які додають до різниці фаз генератора (альтернатора) електростанції власну різниця фаз того ж знака (напрямки). В результаті доводитися застосовувати ще один — поправочний коефіцієнт потужності, що характеризує тепер вже споживача енергії.

З урахуванням сказаного порахуємо, пилосос якої потужності зможе «живити» станція. Притому, що для типового пилососа cos φ складає десь 0,5. Отже: 3 кВА х 0,8 х 0,5 = 1,2 кВт.

Обігрівач реактивністю не володіє (cos φ = 1), тому станції цілком «по зубах» прилад потужністю 3 кВА х 0,8 х 1 = 2,4 кВт.

Високі пускові перевантаження

А як бути з морозильною камерою? Чому її мотора необхідний такий колосальний запас потужності? Виявляється, що в момент включення двигун морозилки споживає набагато більше енергії, ніж у процесі роботи. По-перше, він повинен вийти на робочі оберти, а по-друге, відразу приступити до перекачування хладагента. І якщо вентилятор пилососа можна порівняти з човном на воді, то компресор морозильника — з тієї ж човном на суші: у першому випадку опір руху при розгоні плавно наростає, а в другому максимально велике з самого початку.

А що буде, якщо, не дивлячись на розрахунки і рекомендації, підключити 300-ватний холодильник до станції потужністю 1 кВА? Ситуація може розвиватися по-різному. Якщо генератор не обладнаний спеціальними системами, що підвищують пускові струми, то він просто відключиться (спрацює запобіжний автомат). Щоб цього не відбувалося, деякі горе-умільці «модернізують» електростанцію, відключаючи або блокуючи вищезазначене пристрій. Після такої переробки обов’язково що-небудь «згорає»: або сам агрегат, або електромотор, так і не зумів вийти на робочі оберти.

до Речі, з точки зору пускових струмів один із самих «страшних» приладів — занурювальний насос, у якого в момент старту споживання може підскочити в 7-9 разів. Це і зрозуміло: на відміну, скажімо від дрилі, у помпи відсутній холостий хід — їй відразу доводиться починати качати воду.

В асинхронних генераторів застосовується стартове посилення для підтримки великих пускових струмів. Якщо споживаний струм від генератора перевищить певну величину, (встановлюється для кожної моделі генератора), то спеціальний пристрій підключає до конденсаторів основного збудження додатково ще один або кілька конденсаторів. Тим самим потужність генератора істотно зросте і буде скомпенсоване падіння напруги, викликане високим навантаженням. Для того, щоб не пошкодити обмотки генератора з-за перегріву, додаткове збудження відключається за допомогою спеціальної електроніки приблизно через 8 секунд. Цього часу, з одного боку, цілком достатньо для пуску електродвигуна, а з іншого — генератор не встигає перегрітися.

Стартове посилення можна застосовувати тільки в тому випадку, якщо живиться від генератора зварювальний апарат. Внаслідок того, що при зварюванні стрибки струму виникають у кожному разі запалювання дуги, описане пристрій буде постійно включатися, збільшуючи струм збудження генератора, що, з плином часу, призведе до пошкодження захисту або обмотки. Для користувачів, які планують використовувати електроагрегат для зварювання, в генераторах передбачено відключення стартового посилення.

Останнє зауваження до наших прикладів: з’єднувальні дроти теж мають опір, а значить, вони є споживачами електроенергії. Про це не можна забувати при розрахунку потужності.

ТИПИ ЕЛЕКТРОГЕНЕРАТОРІВ

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

Синхронний або асинхронний?

Для збудження 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 приклади.

Синхронний генератор

У синхронного генератора (IP23) на якорі є обмотки, на які подається електричний струм. Змінюючи його величину, можна впливати на магнітне поле, а отже, і напруга на виході статорних обмоток. Роль регулятора прекрасно виконує найпростіша електрична схема зі зворотним зв’язком по струму та напрузі. Завдяки цьому здатність синхронного альтернатора «ковтати» короткочасні перевантаження висока і обмежена лише омічним (активним) опором його обмоток, т.е. легше переносять пускові навантаження.

Однак у такої схеми є і недоліки. Насамперед, струм доводиться подавати на обертовий ротор, для чого традиційно використовують щітковий вузол. Працюючи з досить великими (особливо під час перевантажень) струмами, щітки перегріваються і частково «вигорають». Це призводить до поганого їх прилягання до колектора, до підвищення омічного опору і до подальшого перегріву сайту. Крім того, рухливий контакт неминуче іскрить, а отже, ставати джерелом радіоперешкод. І самий основний недолік-низька ступінь захисту від зовнішніх впливів таких як: пил, бруд, вода, т. к. синхронний генератор охолоджується «простягаючи» через себе повітря, відповідно все що знаходиться в повітрі може потрапляти в генератор.

Якщо генератор щітковий, щоб уникнути передчасного зносу, рекомендується час від часу контролювати стан щіткового вузла і при необхідності очищати або міняти щітки. До речі, після їх замінені, бажано дати їм час «приробитися» до колектора, а вже за тим навантажувати станцію «по повній програмі».

Багато сучасні синхронні генератори забезпечені безщітковими системами збудження струму на котушках ротора (їх ще називають brash-less). Вони позбавлені зазначених вище недоліків пов’язаних з щітковим вузлом, а тому переважніше.

* для трифазних синхронних генераторів допустимий перекіс фаз 33%

* коефіцієнт нелінійних спотворень 13-25% (залежно від виробника)

Асинхронний генератор

Асинхронний генератор (IP54) взагалі не має обмоток на роторі. Для збудження ЕРС у його вихідному ланцюзі використовують залишкову намагніченість якоря. Конструктивно такий альтернатор набагато простіше, надійніше і довговічніше. Крім того, оскільки обмотки ротора охолоджувати не потрібно (їх просто немає), корпус асинхронного генератора повністю закритий, що дозволяє виключити попадання пилу і вологи. Асинхронні альтернаторы не сприйнятливі до коротких замикань, тому краще підходять для живлення зварювальних апаратів.

На жаль у асинхронников теж є недоліки, наприклад, здатність «ковтати» пускові перевантаження у них нижче, ніж у синхронних генераторів. Але цей недолік вирішується шляхом оснащення станцій системою «стартового посилення». (див. вище). Як правило всі професійні асинхронні генератори оснащені системою стартового посилення.

* для трифазних асинхронних генераторів допустимий перекіс фаз 60-70%

* коефіцієнт нелінійних спотворень 2-10% (залежно від виробника)

Одне — і трифазні генератори

Навіщо потрібні незрозумілі три фази, коли і з однією-то не розберешся? Але в тому то й справа, що без них нікуди. Почнемо з того, що трьох фазна схема підключення дозволяє передавати енергію трьох однофазних джерел всього з трьох проводів (у разі однофазної схеми було б виділити по два дроти на кожен такий 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 вольт.

Одне — або трифазні генератори. Їх назва випливає із призначення — живити відповідних споживачів. При цьому до однофазних генераторів, що виробляють змінний струм напругою 220 вольт і частотою 50Гц, можна підключати тільки однофазні навантаження, тоді, як до трьох фазним (380/220 В, 50Гц) — і ті, і інші (на приладовій панелі мають відповідні розетки, кількість яких у агрегатів різних виробників різний).

З однофазними альтернатори все більш або менш ясно: головне — правильно «порахувати» усіх своїх споживачів, врахувати можливі проблеми (наприклад, високі пускові точки) і вибрати агрегат з відповідною реальною вихідною потужністю. При підключенні до трифазних генераторів трифазних ж навантажень ситуація аналогічна.

А от при підключенні до трифазників однофазних споживачів виникає проблема, іменована перекосом фаз.

Що таке перекос фаз?

При підключенні навантаження на одну фазу трифазного альтернатора використовується тільки одна обмотка статора, в той час як в нормальному режимі задіяні всі три, відповідно, реально зняти вийти не більш ніж 33% трифазної потужності для синхронних IP23, або близько 70-80% для асинхронних IP54 і синхронних IP54 (High Protection). Якщо спробувати навантажити агрегат сильніше, статорна обмотка виявиться перевантаженою і може «згоріти».

Інша справа, коли генератор зроблений з «запасом». Наприклад, коли при роботі на три фази його обмотки трудяться в третину сили. Тоді нерівномірність розподілу навантаження (це і є так званий «перескок фаз») може скласти хоч всі 100%. У будь-якому випадку, не залежно від граничних можливостей електростанції, навантаження слід розподіляти рівномірно — це збільшить ККД альтернатора і знизить нагрівання у статорних обмоток.

ТИПИ ДВИГУНІВ

Навіть самий прегарний альтернатор не видасть і вата потужності, якщо його не буде обертати двигун. Які вони бувають і чим різняться?

Бензинові мотори

Зазвичай на станціях малої і середньої потужності застосовуються карбюраторні, або, як їх ще часто називають, бензинові мотори (зовсім правильний термін — «двигун внутрішнього згоряння із зовнішнім сумішоутворенням»). Як випливає з назви, паливом для них служить бензин. Згораючи, він віддає частину своєї енергії поршня, здійснюючи корисну роботу, а все що залишилося, витрачає на нагрівання атмосфери і деталей мотора. Зрозуміло, чим більше Джоулів йде в корисну справу, тим краще. Підвищення ККД — складна технічна задача, для вирішення якої вдаються до різних прийомів.

Досягти якісного стрибка в боротьбі за зниженням витрати палива вдалося при переході до верхнеклапанной компонування двигуна. Одна з таких схем з розподільним валом в картері і штанговим приводом одержала в останні роки найбільше поширення і позначається «OHV». Її впровадження дозволило зменшити площу поверхні камери згоряння, а отже, зменшити нагрів деталей мотора. Крім того, з’явилася можливість підвищити ступінь стиснення (з 5-6 до 7-9 одиниць) при використанні бензину колишньої марки, що призвело до ще більшого прояву ефективності.

На жаль, подальше підвищення ККД бензинового двигуна за рахунок збільшення ступеня стиснення не доцільно — це вимагатиме значного збільшення октанового числа палива (а значить, і його вартості). В іншому випадку горюча суміш, детонировав, буде згоряти раніше часу, 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 найпростішою з них впритул наближається до вартості недорогого мотора разом з його карбюратором.

Дизельні мотори

Дизель має недосяжно низьким для бензинового мотора витратою палива. У нього ступінь стиснення обмежена, головним чином, міцністю і термостійкістю деталей поршневої і кривошипно-шатунної групи. Для нормальної роботи в жорстких режимах їх доводиться робити дуже міцними, тобто важкими. Як наслідок, при високих обертах 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 обертів.

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.

Чому взимку використовують спеціальну солярку?

На відміну від бензину дизпаливо «містить» різними домішками, більша частина яких (за масою) відноситься до парафинам. Влітку вони себе не проявляють, а ось взимку — при негативних температурах кристалізуються, роблячи рідина більш в’язкою. Якщо їх зміст велике, «солярка» перетвориться в «холодець» або взагалі «тверде тіло». А якщо мало, то утворилися кристали «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.

Коротко, загальне порівняння бензинових і дизельних генераторів:

* режим роботи: якщо аварійний режим — бензиновий, якщо тривала робота — дизельний.

* вартість: бензиновий — дешевше, дизельний — дорожче.

* економічність: дизель економічніше бензинового мотора за рахунок цього окупає різницю в ціні (при тривалій роботі).

* ресурс: дизельний 1500 об/хв (рідинне охолодження) перевершує бензиновий мотор ресурсу приблизно в 5-6 разів, дизельний 3000 об/хв (повітряне охолодження) по ресурсу перевершує приблизно в 3-4 рази (в даному випадку застосовується до дизельних двигунів фірм Hatz, IVECO)

* температурний режим: гарантований запуск: бензиновий -20°С, дизельний -5°С

* рівень шуму: бензиновий 55-72 дБ, дизельний 80-110 дБ.

* допустима мінімальна навантаження, кВт: при постійній роботі — бензиновий — будь-яка, дизельний — 40%.

ВИБІР ГЕНЕРАТОРА

Коротко підсумувати вибір типу генератора можна так:

Попередньо Ви повинні самі визначити, які споживачі будуть підключатися одночасно до генератора. При підрахунку — краще (по можливості) перевірити потужність споживачів за їх паспортними даними, якщо це не можливо, то краще звернутися до кваліфікованих фахівців, електрикам.

Зверніть особливу увагу на споживачів, які мають у своєму складі електромотори: холодильники, насоси, газонокосарки і т. д. Це пов’язано з тим, що для пуску електродвигуна потрібна потужність в 3 — 3,5 рази перевищує його номінальну потужність. Наведені цифри характерні для більшості побутових приладів (у деяких випадках може знадобитися істотно більша потужність і рідкісних випадках менша).

Для підрахунку візьміть потроєне значення номінальної потужності електроприладу з найбільшим електромотором. додайте до неї номінальні значення потужностей інших приладів, які містять електродвигуни, якщо впевнені що вони не будуть включатися одночасно, і додайте до суми потужності всіх інших активних споживачів (освітлення, електроплита, бойлер і т.д.), які будуть працювати спільно з першими. Отриману потужність збільшити на 10% — це і буде потужність необхідного Вам генератора.

Після чого Вам залишиться вирішити для якого типу робіт Ви збираєтеся використовувати генератор — для постійної або аварійною, і відповідно вибрати дизельний або бензиновий генератор.

СЛОВНИК ТЕРМІНІВ

Клас захисту згідно DIN 40050 — європейський стандарт, за яким оцінюється захищеність альтернатора від зовнішніх впливів. Він позначається двома буквами (IP) і двома цифрами.

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

Системи підвищення економічності — Ними оснащені в основному сучасні агрегати. Мають електронну систему управління. Економічний режим включається або в ручну або автоматично при зменшенні споживаної потужності до критичного рівня. При цьому мотор станції починає працювати на знижених обертах, що дозволяє витрачати менше палива (до 30% при роботі з частими перервами), підвищити моторесурс і зменшити рівень шуму (Geko Silent Economic).

Система стартового посилення — Набір конденсаторів і виборча плата, для кращого запуску індуктивних навантажень. Таких як: насоси, холодильники, морозильні камери, дрилі, перфоратори, бетономішалки, мийні машини високого тиску і т. д.

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

Керування повітряною заслінкою — Повітряна заслінка необхідна для штучного збагачення робочої суміші (так називають суміш повітря і бензину, вироблену карбюратором). Вона сприяє легкому і впевненого запуску мотора, особливо в умовах знижених температур. Перед стартом слід закрити заслінку, а після прогріву — відкрити. Є як прості системи з вакуумним приводом, так і більш складні з вакуумним приводом і датчиком температури.

Середній рейтинг: Вибір генератора
заснований на 1 відгуках. Напишіть відгук .

Короткий опис статті: генератор електричного струму У цій статті ми зібрали весь необхідний мінімум знань про генераторах, який дозволить вам зробити правильний вибір і не попастися в мережі не добросовісних продавців… Вибір генератора, Синхронні і асинхронні електрогенератори, Дизельний генератор, Бензиновий генератор

Джерело: Вибір генератора

Також ви можете прочитати