Установки, работающие на дизельном топливе, способны вырабатывать до 3 МВт электричества. Эта мощность позволяет обеспечить электроэнергией даже крупные дачные комплексы, включающие гаражи и сопутствующую инфраструктуру.
Все об электрогенераторах
Знание об электрогенераторах необходимо не только инженерам, руководителям производств и менеджерам, как часто считается. Понимание того, как функциониует генератор электрического тока — это важная часть общего образовательного фона в современном мире. Осведомленность о различных видах генераторов, их устройствах и способах их выбора может существенно улучшить качество жизни и обеспечить комфорт даже в случаях внезапного отключения электричества.
История создания
Трудно точно определить, какие именно специалисты изобрели электрогенератор, так как разработкой этого устройства занимались множество инженеров и электротехников на протяжении десятков лет. Работа по улучшению этой технологии продолжается даже в XXI веке, когда, казалось бы, достигнуто почти все. Ключевым моментом в создании генератора стало открытие взаимосвязи между электрическим полем и магнитной стрелкой в 1820 году. Ученые пришли к пониманию, что электрический ток может быть сгенерирован только в условиях подвижного магнитного поля или при перемещении проводника в этом поле. Открытие, позволившее достичь этих знаний, было произведено как Аньошем Йедликом в Австрии (1827), так и Майклом Фарадеем в Англии (1831).
Несмотря на то, что первым был венгерский ученый, гораздо большую известность приобрели наработки его британского коллеги. Фарадей не просто разработал некоторые прототипы, но и тщательно исследовал процессы электромагнитной индукции. Также Йедлик смог перейти к полноценной модели динамо-машины только в 1850-е годы, тогда как Фарадей представил генератор электроэнергии (хотя и несовершенный) уже в 1831 году. Динамо-машины стали первыми известными генераторами, но из-за своих больших размеров и сложности подключения со временем вышли из употребления.
Год изобретения первой электрической машины в России — это 1833 год. Эммануил Ленц тогда же обнаружил обратимость систем — один и тот же аппарат может использоваться как для генерации, так и в качестве электромотора.
Однако архаичные условия крепостного хозяйства в России не позволили воспользоваться новаторскими разработками, и вскоре исследовательские приоритеты перешли к промышленно развитым странам. До 1851 года все генераторы использовали только постоянные магниты. В последующие 16 лет удалось повысить мощность за счет примитивных электромагнитов. В 1866-1867 годах несколько разработчиков сразу предложили свои версии электрических машин с самовозбуждающимися магнитами.
Генератор, созданный бельгийско-французским изобретателем Зенобом Граммом в 1870 году, стал первым, который начал активно использоваться в промышленных целях. С появлением дизельного двигателя некий разработчик нашел способ использовать его в качестве генератора. Уже в 1920-е годы дизельные генераторы начали использоваться в промышленности. Исследования физиков 1940-х годов привели к созданию магнитогидродинамических генераторов, которые могут применяться исключительно на крупных электростанциях, с отсутствием перспектив для бытового использования.
Электрогенератор — что это? Краткая справка
Электрический генератор — это устройство, которое преобразует неэлектрические виды энергии (механическую, химическую, тепловую) в электрическую энергию (по определению из Википедии). Проще говоря, это технические устройства, которые вырабатывают электричество, используя при этом бензин, газ или дизельное топливо. Они состоят из двигателя внутреннего сгорания, генератора, рамы, топливного бака с заливной горловиной, контрольных приборов и электронного блока.
Как работает электрогенератор? Основной элемент этого устройства — это двигатель внутреннего сгорания. Он вращает якорь электрического генератора. При этом, поддерживая высокие обороты вращения, возникает электрическое напряжение. Оно снимается на специальные клеммы и выводится на внешние розетки, к которым подключаются различные гаджеты и бытовые приборы.
Главные виды электрогенераторов: основная классификация
В современных магазинах и на онлайн-площадках представлено множество моделей электрических генераторов. Тем не менее, по сути они различаются лишь незначительно — по типу используемого топлива, уровню мощности и наличию автоматических систем управления. Поэтому давайте начнем с главной классификации электрогенераторов:
- на жидком топливе — бензиновые и дизельные;
- на газе.
Жидкотопливные генераторы постоянного тока являются наиболее популярными. Это связано с их безопасностью, простотой и удобством использования.
В 2023 году на рынке появляются и совершенно новые электрогенераторы — цифровые (инверторные). Они компактные, легкие и экологически чистые, обеспечивая высокое качество подаемого тока. Тем не менее, такая техника доступна лишь небольшому кругу лиц из-за своей высокой цены. Инверторные генераторы работают на бензине, подходят для подключения к чувствительной электронике и очень мобильны — их можно легко переносить в одной руке. Однако на текущем этапе они ограничены по мощности, которая составляет 3 кВт.
Какие плюсы и минусы у использования газовых электрогенераторов
Газовые генераторы работают на природном газе и пропан-бутановых смесях. Их мощность колеблется от 1,5 кВт до десятков киловатт. Даже при низком давлении газа такие устройства обеспечивают стабильное электроснабжение. Время бесперебойной работы стандартного газового генератора от баллона объемом 50 литров составляет приблизительно 20 часов. Одним из важнейших преимуществ газовых электрогенераторов является их экологичность. Благодаря минимальному количеству выхлопных газов, которые часто наблюдаются у бензиновых моделей, газовые генераторы практически не производят токсичных выбросов.
Тем не менее, стоит учитывать, что запуск двигателя у таких агрегатов возможен только при положительных температурах, поэтому их желательно устанавливать в помещениях с отоплением. К числу достоинств также относится тихая работа газовых электрогенераторов, отсутствие вибрации (благодаря низкому давлению на поршень двигателя), постоянная подача топлива и высокая экономичность.
Газовые генераторы, как правило, используются там, где требуется большое количество электроэнергии (от 500 кВт). Их компактные размеры обеспечивают мобильность, что является важным аспектом на производстве. Эти устройства способны выполнять все поставленные перед ними задачи: их применяют для сельскохозяйственных нужд, в магазинах, на складах и в других помещениях. В последнее время газовые генераторы также становятся все более популярными для домашнего использования.
В чем разница между однофазными и трехфазными генераторами
Электрогенераторы различаются в зависимости от типа подключения — на однофазные и трехфазные. Наибольшей популярностью пользуются однофазные генераторы, которые подходят для подключения к различным электроприборам. Трехфазные генераторы чаще всего используются для электроснабжения крупных объектов.
Устройство генераторов
Существуют два основных типа генераторов — синхронные и асинхронные.
Асинхронные генераторы стоят дешевле, но, к сожалению, они не способны гарантировать приемлемое качество электричества. При запуске таких агрегатов, подключенные электроустройства (например, холодильники, насосы, электроинструменты) могут кратковременно потреблять 1,5-3 раза больше мощности, чем обычно, поэтому необходимо учитывать соответствующий запас по мощности при выборе генератора. Асинхронные генераторы плохо переносят кратковременные перегрузки.
Конструкция синхронных генераторов обеспечивает более высокое качество электричества, и они способны справляться с кратковременными перегрузками до двух-трех раз. В профессиональных и стационарных электростанциях используются преимущественно синхронные генераторы.
Синхронные генераторы хотя и менее точны, подходят для аварийного питания офисов, холодильных установок, оборудования загородных домов, дач и строительных объектов. Эти электростанции успешно справляются с обеспечением электроэнергией электроинструментов и электродвигателей с реактивной нагрузкой до 65% от своей номинальной мощности.
Асинхронные генераторы обеспечивают поддержание напряжения в сети с высокой точностью, что позволяет подключать к ним аппаратуру, чувствительную к перепадам напряжения (например, медицинское оборудование и другие электронные устройства). Они допускают подключение электроинструментов и электродвигателей с реактивной мощностью до 30% от номинала.
Принцип работы генератора
Синхронный генератор представляет собой синхронную машину, которая работает в режиме генератора, когда частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора. Ротор, оснащенный магнитными полюсами, создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекает обмотку статора и индукцирует в ней электродвижущую силу (ЭДС).
В роторе синхронного генератора может быть установлен постоянный магнит или электромагнит. Количество полюсов ротора может варьироваться (например, два, четыре), но обязательно кратно двум. В основном в бытовых электростанциях используется ротор с двумя полюсами, что и обуславливает частоту вращения двигателя электростанции в 3000 оборотов в минуту.
При запуске электростанции ротор создает слабое магнитное поле, но по мере увеличения оборотов возрастает и ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с этой обмотки через блок автоматической регулировки (AVR) подается на ротор для контроля выходного напряжения путем изменения магнитного поля.
Например, при подключении индуктивной нагрузки генератор размагничивается, что приводит к снижению напряжения, тогда как подключение емкостной нагрузки вызывает дополнительное магнитное поле, повышая напряжение. Этот процесс называется «реакцией якоря».
Для обеспечения стабильности выходного напряжения необходимо изменять магнитное поле ротора путем регулирования тока в его обмотке, что и осуществляется блоком AVR.
Преимуществом генераторов является высокая стабильность выходного напряжения, а недостатком — возможность перегрузки по току. При высокой нагрузке регулятор может чрезмерно увеличить ток в обмотке ротора. К недостаткам синхронного генератора также относится наличие щеточного узла, который требует регулярного обслуживания.
Благодаря такой системе регулировки, стабильность выходного напряжения генератора остается высокой, примерно в пределах ±1%, независимо от изменений в токе нагрузки и оборотах двигателя электростанции.
Асинхронный генератор — это асинхронная машина (двигатель), которая работает в режиме торможения. Ротор вращается с опережением, но в том же направлении, что и магнитное поле статора.
В зависимости от типа обмотки ротор может быть короткозамкнутым или фазным. Вращающееся магнитное поле, созданное дополнительной обмоткой статора, индуцирует магнитное поле на роторе, которое, вращаясь вместе с ротором, вызывает появление ЭДС в рабочей обмотке статора, аналогично процессу работы синхронного генератора. Вращающееся магнитное поле остается постоянным и не регулируется, в связи с чем напряжение и частота на выходе генератора зависят от частоты оборотов ротора и, соответственно, от стабильности работы двигателя электростанции.
Несмотря на простоту обслуживания, малую чувствительность к короткому замыканию и невысокую стоимость, асинхронные генераторы применяются довольно редко из-за ряда недостатков:
- асинхронный генератор постоянно потребляет намагничивающий ток значительной силы, что требует наличия источника реактивной мощности (конденсаторы), зависящего от характера нагрузки;
- ненадежность работы в экстремальных условиях;
- возбуждение асинхронного генератора зависит от случайных факторов и происходит, как правило, только при скорости вращения, превышающей или равной синхронной;
- выходное напряжение и частота зависят от стабильности работы двигателя и других факторов.
Виды электрогенераторов
Электрогенераторы различаются по многим параметрам, среди которых мощность и количество фаз. Что касается фаз, то устройства разделяются на однофазные и трехфазные. Первые, как правило, работают с приборами на 220 В, в то время как вторые более универсальны, их корпуса оборудованы разъемами на 220 и 380 В. Однако наиболее важным параметром остается тип топлива, который используется.
Бензиновый генератор
Это устройство небольшой мощности — до 15 кВт — может работать до 12 часов. За час генератор расходует до 2,5 литра бензина. Преимущества бензиновых моделей заключаются в их невосприимчивости к температурным колебаниям, что позволяет использовать их в любую погоду. Компактные размеры делают такие генераторы идеальными для использования в частных домах и для выполнения выездных работ. К другим достоинствам бензиновых генераторов можно отнести:
- возможность установки в помещениях,
- уменьшенный уровень шума,
- простота в обслуживании и ремонте.
Бензиновый генератор часто используется в качестве резервного источника электроэнергии, однако его мощностей достаточно для питания электроинструментов, бетономешалок, дренажных насосов и других устройств. Генераторы могут быть мобильными и стационарными, а модели с колесами, как правило, обладают увеличенной мощностью.
Дизельный генератор
Дизельные генераторы отличаются широким диапазоном мощностей и могут обеспечивать моторесурс более 5000 часов. Эти устройства широко используются на промышленных объектах и строительных площадках, где требуется надежный источник электроэнергии более чем на 15 часов. Из-за значительного веса (около 450 кг) и повышенного уровня шума, дизельные генераторы устанавливают на прочное основание или в отдельное помещение.
Эти установки хорошо функционируют при экстремальных температурах и влаге до 95%. КПД может достигать 50%.
Существенным недостатком дизельных генераторов является их относительно высокая цена. Тем не менее, благодаря экономичному расходу топлива и большому ресурсу, они быстро оправдывают свои затраты.
Подбор электрогенератора для бытового и профессионального использования
Прежде чем выбрать генератор, необходимо учесть несколько важных факторов:
- Назначение. Генераторы бытового и промышленного назначения отличаются по множеству характеристик, включая мощность. Установки мощностью до 30 кВт используются в профессиональных целях и могут работать непрерывно до 10 часов. Для домашних нужд подойдут компактные бензиновые агрегаты.
- Мощность. Этот параметр следует выбирать в соответствии с ранее упомянутым назначением. Для переносных электростанций обычно выбираются модели до 1,5 кВт, для дачи и частного дома подойдет агрегат мощностью до 4 кВт. Для промышленных объектов и крупных сооружений лучше выбирать установки мощностью от 15 кВт.
- Время работы. Минимальное время работы для переносных установок составляет около 3 часов, а для промышленных моделей оно может превышать 20 часов.
Мощность и другие технические характеристики зависят от конкретной модели и производителя.
Ключевым моментом перед покупкой является определение целей установки. Если вы хотите приобрести резервный источник питания, учтите минимальный набор потребляемых приборов. Для обеспечения полноценной автономной работы необходимо рассчитать общее количество подключаемого оборудования и добавить к полученной цифре минимум 20%. Это связано с тем, что агрегат будет функционировать в оптимальном режиме лишь при нагрузке, не превышающей 40-80% от своей номинальной мощности.
На производстве и строительстве чаще используют дизельные генераторы. Топливо поступает в камеру сгорания, где выделяет высокие температуры под давлением, что делает такие модели более безопасными. К тому же, отсутствие вредных примесей в дизельном топливе предотвращает образование осадков, благодаря чему внутренние компоненты устройства меньше подвержены износу.
При выборе устройства для строительной площадки также важно учитывать обороты — для постоянного источника энергии стоит выбирать модели с низкими показателями. Для более интенсивной нагрузки лучше подойдут установки с жидкостным охлаждением, тогда как воздушное охлаждение обычно подходит для агрегатов средней мощности.
Оптимальным вариантом для автономной электростанции является дизель-генератор мощностью от 15 кВт. Рекомендуется выбирать модель с автозапуском. Важно обратить внимание и на размеры топливного бака, чтобы не приходилось заправлять его каждый час. Хотя дизельные установки более громоздкие по сравнению с бензиновыми, дополнительные комплектующие, такие как контейнеры, шасси и прицепы, могут помочь преодолеть эту проблему.
Выбор электрогенератора — это серьезный шаг, к которому нужно подходить тщательно. Следуйте рекомендациям данной статьи, и если у вас останутся вопросы, не стесняйтесь обращаться в специализированные магазины, где квалифицированные сотрудники помогут вам выбрать генератор, соответствующий вашим будущим работам, потребностям и доступному бюджету.
