О генераторах: виды, особенности, как выбрать
Генератор – это надежное устройство, которое используется в быту и промышленности как основной или автономный источник электроэнергии. Каждый покупатель выбирает модель с учетом своих требований: кто-то подключает к ней инструменты или технику, кто-то – мощное оборудование на заводе. Все это влияет на то, насколько мощной должна быть приобретаемая электростанция. Предлагаем обзор популярных параметров по подбору генератора.
Тип потребителя тока
Генераторы рассчитаны на использование с определенными приборами, техникой, оборудованием, что сказывается на различии в мощности станций и их специфике:
- Резистивные приборы имеют активную мощность, которая полностью преобразуется в теплоту или свет. Мощность потребителей тока может совпадать с мощностью генератора. Резистивными считаются лампы накаливания, кухонные плиты, нагревательное оборудование.
- Индуктивные приборы работают на основе электрического двигателя. За счет потерь в трении и обмотке полезной остается около 70% потребляемой мощности. Дополнительная мощность требуется для запуска двигателя, которая может быть в 3-6 раз больше номинальных показателей. Если планируется использовать генератор для подключения к нему компрессора, перфоратора, циркулярной пилы и других приборов, рекомендуем выбирать модель с запасом мощности (расчетная мощность +20%).
- Емкостные приборы – это наиболее чувствительные потребители тока, в которых накапливается заряд. Их подключение целесообразно только к синхронным моделям установок.
Конструктивные особенности
Основным электрическим элементом генераторов является альтернатор – асинхронный и синхронный. Каждый из вариантов имеет свои особенности.
|
Синхронный альтернатор |
Асинхронный альтернатор |
Применение |
Может использоваться с любыми видами приборов (резистивными, индуктивными, емкостными) без ограничений. |
Без ограничений может использоваться с резистивными приборами, в остальных случаях действуют ограничения. |
Показатели рабочих параметров при запуске |
Синхронные модели этого типа сохраняют стабильность рабочих характеристик при пуске, так как пусковая мощность превосходит номинальную в несколько раз. |
При пуске происходит изменение рабочих характеристик: пусковой ток повышается, фазы смещаются, напряжение падает. В такой ситуации подключение индуктивных приборов может привести к поломкам станции. Целесообразно покупать генератор с запасом мощности. |
Допустимый уровень нагрузки |
К синхронному агрегату можно подключить индуктивные и емкостные приборы, нагружая его на 100%. Дополнительного запаса мощности не нужно. |
При подключении индуктивных потребителей нагрузка на станцию не должна быть больше, чем на 30% (если пусковой защиты нет) и на 60% (при наличии пусковой защиты). |
Способ регулирования |
Устройства оснащаются разными типами регулирования в соответствии с требуемым качеством тока. |
Регулирования нет, используется конденсатор. |
Степень защиты |
IP 23. Установка защищена от воздействия посторонних предметов размером до 12,5 мм, а также попадания капель под определенным углом. |
IP 54. Защита от пыли, брызг воды в любых направлениях. |
Асинхронные генераторы привлекают более доступной ценой, но качество электричества оставляет желать лучшего. Кроме того, нужен запас по мощности, так как асинхронные модели не справляются с пиковыми нагрузками. Синхронные создают качественную электроэнергию, переносят мгновенные перегрузки – для профессионального и стационарного использования выбираются именно такие модели.
Показатели мощности генератора
Потребители электрической энергии различаются между собой, поэтому подобрать одну станцию сразу под несколько целей нельзя. Производители в описании к моделям указывают максимальную выходную мощность. Под этим параметром понимается кратковременная работа агрегата, которая может занять как несколько секунд, так и несколько минут. Что касается реальной номинальной мощности, она ниже на несколько (иногда несколько десятков) процентов.
Стоит учитывать и тип нагрузки, которая может быть активной и реактивной. В первом случае происходит преобразование всей потребляемой энергии в тепло. Речь идет о лампах накаливания, утюгах, электрических плитах и обогревателях. Все остальные нагрузки – реактивные, делящиеся на индуктивные и емкостные. Их особенность в том, что часть энергии преобразуется в тепло, а еще часть уходит на другие цели, например, на формирование электромагнитных полей.
В качестве конкретного примера можно взять пылесос, оснащенный электрическим мотором с обмотками. Именно они добавляют к разности фаз генераторной установки собственную разность фаз того же направления. Соответственно, в расчетах используется еще и поправочный коэффициент мощности.
Если пусковые перегрузки слишком высокие
Работа некоторых устройств, например, морозильной камеры, требует колоссального запаса мощности. В момент включения техники мотор потребляет больше энергии, чем во время ее работы. С одной стороны, мотору нужны рабочие обороты, с другой, надо сразу начинать перекачку хладагента.
Если подключить холодильную камеру мощностью 300 Вт к генератору мощностью 1 кВА, произойдет следующее. Станция, не оснащенная специальными системами, которые повышают пусковые токи, просто отключится за счет срабатывания предохранительного автомата. Можно «модернизировать» генератор, отключив автомат или блокируя его, но в таком случае сгорит либо само устройство, либо мотор. Если говорить о пусковых токах, то самым «страшным» считается погружной насос: во время старта он потребляет в 7-9 раз больше энергии, так как помпа сразу начинает качать воду.
Некоторые модели асинхронных устройств оснащаются стартовым усилением, поддерживающим большие пусковые токи. При превышении потребляемого от станции тока определенной величины (для каждой модели она устанавливается своя) специальное устройство подключит к конденсаторам основного возбуждения еще несколько конденсаторов. Это существенно повысит мощность станции, компенсирует падение напряжения из-за высокой нагрузки. Чтобы защитить обмотки от повреждений вследствие перегрева, отключение дополнительного оборудования ведется специальной электронной системой через 8 секунд. Этого времени хватит, чтобы запустить двигатель, но дизельная станция не перегреется.
Стартовое усиление не используется при питании от генератора сварочного аппарата, так как постоянные скачки тока скажутся на повреждении защиты или обмотки.
Синхронный или асинхронный: в чем отличия?
Электродвижущая сила в обмотках стартера формируется за счет создания переменного магнитного поля. Это обеспечивается вращением намагниченного ротора.
Например, на якоре синхронного генератора есть обмотки, куда подается ток. Если менять его величину, можно варьировать магнитное поле и напряжение на выходе. В роли регулятора можно использовать простейшую электрическую схему с обратной связью по току и напряжению. Это дает возможность синхронным альтернаторам переносить пусковые нагрузки и перегрузки, используя их со сварочными аппаратами. Современные производители оснащают генераторы бесщеточными системами возбуждения тока на катушках ротора. Такое оборудование чаще всего встречается на стационарных и портативных установках большой мощности.
У асинхронных моделей ротор не имеет обмоток, а возбуждение электродвижущей силы ведется за счет остаточной намагниченности якоря. У этого альтернатора более простая конструкция, не требующая охлаждения обмотки, а закрытый корпус предотвращает попадание внутрь пыли и влаги.
Сколько фаз должно быть в генераторе?
Современные генераторные станции бывают однофазными (220 В) или трехфазными (380 В). к первым можно подключить только однофазные потребители, например, телевизор или холодильник. Вторые более мощные, поэтому их можно использовать для обеспечения резервным электричеством коттеджей или какого-то крупного оборудования. Правда, в этом случае нужно равномерное распределение нагрузки между фазами.
При использовании однофазных альтернаторов важно правильно подсчитать количество потребителей, оценить, есть ли высокие пусковые точки, затем подобрать агрегат с реальной выходной мощностью. Точно так же обстоит ситуация с подключением трехфазных генераторов к трехфазным потребителям. К ним же можно подключить однофазные устройства, главное – избежать перекоса фаз.
Нагрузка на одну фазу 3-фазного альтернатора требует применения одной обмотки стартера, хотя в нормальном режиме все три задействуются. Соответственно, снимается не более 33% трехфазной мощности для синхронных IP23, порядка 70-80% для асинхронных моделей. При большей нагрузке обмотка перегрузится и «сгорит».
Если 3-фазное оборудование работает в треть силы, нагрузка может быть неравномерной хоть на все 100%, соответственно, КПД альтернатора увеличится, а нагревание обмоток снизится.
Особенности генераторов с бензиновым мотором
Станции малой и средней мощности оснащаются карбюраторными моторами, работающими на бензине. При сгорании часть энергии передается поршню, а остальное тратится на нагревание атмосферы и деталей двигателя. Современные производители используют верхнеклапанную компоновку мотора, что дает возможность снизить расход топлива.
Одной из распространенных схем стало сочетание распределительного вала в картере и штангового привода, которая обозначается как OHV. После внедрения такой схемы уменьшается площадь поверхности камеры сгорания, детали двигателя меньше нагреваются, а степень сжатия повышается, хотя используется бензин прежней марки.
Но если в дальнейшем увеличивать степень сжатия, придется повышать октановое число топлива и его цену соответственно. В ином случае горючая смесь после детонации будет сгорать быстрее. Плюсами бензиновых моделей невысокая стоимость, сохранение рабочих характеристик при низких температурах, небольшие размеры и сниженный уровень шума. Но само топливо стоит дороже дизеля, а время беспрерывной работы составляет максимум 8 часов, после чего требуется охлаждение системы как минимум около 2 часов.
Особенности генераторов с дизельным мотором
Дизельным станциям требуется более низкий расход топлива, так как степень сжатия мотора ограничивают лишь прочность и термостойкость деталей поршневой и кривошипной-шатунной группы. Работа в жестких режимах требует повышение прочности, что скажется и на увеличении веса. Следствием высоких оборотов станет быстрый износ по сравнению с легкими деталями карбюраторного мотора. При этом говорит о более низкой долговечности дизеля не стоит, так как запас прочности остается на высоком уровне. Минусами дизельного мотора являются высокая стоимость и большие габариты, а также возможность эксплуатации только в теплых помещениях.
Когда лучше бензиновый, а когда дизельный моторы?
Бензиновый генератор |
Дизельный генератор |
Выбирается для работы в аварийном режиме. |
Подходит для продолжительной эксплуатации. |
Стоит дешевле, но моторесурс ниже. |
Стоит дороже, но моторесурс выше. |
|
Экономное расходование топлива, которое при длительном применении окупает стоимость генератора. |
|
Модели с жидкостным охлаждением мощнее по ресурсу в 5-6 раз. |
Уровень шума 55-72 дБ. |
Уровень шума 80-110 дБ. |
Минимальная допустимая нагрузка при постоянной работе – 10% (в кВт). |
Минимальная допустимая нагрузка при постоянной эксплуатации генератора составляет 40%. |
Подводим итоги
Чтобы генератор служил долго, обеспечивая электричеством объекты или выступая в роли альтернативного источника питания, нужно учесть следующие моменты:
-
Количество и тип потребителей, которые будут одновременно подключаться к станции. Общую мощность лучше рассчитывать по паспортным данным конкретной техники. Потребители с электрическими моторами (холодильники, газонокосилки) требуют большей мощности. При их одновременном включении нужно сложить номинальные значения всех активных и используемых приборов и добавить к получившейся сумме 10% - такой должна быть мощность генератора.
-
Тип эксплуатации. Для постоянного применения лучше подходит дизельный агрегат, для аварийных условий – бензиновый. Стоит помнить, что в дизельном топливе содержатся примеси, которые зимой кристаллизуются, увеличивая вязкость жидкости. То есть для применения в условиях минусовых температур лучше брать зимние сорта топлива, пользоваться присадками.
-
Уровень шума. Дизельные устройства более шумные в работе, но уровень звуков можно нивелировать, используя для защиты станции кожух.
-
Синхронный/ асинхронный. Синхронные разновидности спокойно справляются с повышенной нагрузкой, если вдруг подключается энергоемкий потребитель. Асинхронные имеют пусковые конденсаторы. При использовании чувствительных к питанию приборов лучше подойдет синхронная модель.
-
Количество фаз. При применении однофазных приборов достаточно однофазной установки. При эксплуатации трехфазного оборудования, например, на заводе, нужен генератор в три фазы.
Немного терминологии
- Класс защиты IP (по DIN 40050). Европейский стандарт описывает защищенность генератора от внешних факторов.
- Защита по уровню масла. Ее имеют все современные моторы. Если уровень масла упадет ниже критического, двигатель либо отключится, либо будет сигнализировать об этом.
- Системы, повышающие экономичность. Современные генераторы с электронной системой управления имеют экономичный режим, который включается автоматически или вручную, если потребляемая мощность слишком падает. Мотор не отключается, работая на пониженных оборотах, поэтому тратится меньше топлива, моторесурс увеличивается, а уровень шума уменьшается.
- Топливный насос. Он может располагаться ниже уровня карбюратора (в бензиновых версиях) или ниже мотора (в дизельной модификации).
- Воздушная заслонка. С ее помощью происходит искусственное обогащение рабочей смеси (воздух + бензин), которая производится карбюратором. Обеспечивает легкий и уверенный запуск двигателя, особенно при низких температурах. Перед началом работы заслонка закрывается, после прогревания агрегата – открывается.