40007, Украина, г.Сумы, ул Харьковская, 111
+380 (542) 791-600 +380 (949) 709-600
рус eng укр

Статьи

Статьи

В данном разделе вы можете узнать новости компании “Энергомаш”, ознакомится с детальной информацией о винтовых компрессорах, насосах, дизельных генераторах, системах подготовки сжатого воздуха другого оборудования.

Мобильные электростанции. Стратегия выбора
    Мощность

Дизельные генераторы

При выборе мобильной электростанции каждый руководствуется личными приоритетами. Одному подавайте мобильность и малый вес, второму необходимые возможность автоматизации и длительной работы, а третий хочет все сразу, да еще и дешево. Но в каждом разе, придется, так или иначе, решать задание выбора агрегата соответствующей мощности.


    Мощность


Как рассчитать мощность генератора?

Возьмем, например, 2-киловаттный обогреватель, 1-киловаттный пылесос и 300-ватную морозильную камеру. Что совмещает такие разные нагрузки? Оказывается, чтобы «заживить» каждое из них, необходимый генератор мощностью, как минимум, 3кВт или кВА.

Возникает два вопроса. Первое: почему та же величина (мощность) указывается в разных единицах? И второе: почему потребителей электрической энергии нельзя «стричь под одну гребенку»?

Многие производители в каталогах наводят, так называемую, максимальную исходную мощность. Имейте в виду: этот параметр предусматривает кратковременную работу агрегата (от нескольких секунд до нескольких минут). Реальна номинальная мощность на несколько (иногда на десятки) процентов ниже.

Что такое коэффициент мощности?

Допустим, электростанция производит 3 кВА и имеет коэффициент мощности (так называемый cos ) 0,8. В этом случае можно получить от нее лишь 3 кВА х 0,8 = 2,4 кВт. Здесь и кроется разница между кВт и КВА. Некоторые производители и продавцы по-разному указывают значение мощности. Например, наводят сразу две величины (3000 ВА при cos = 0,8 и 2400 ВА при cos = 1) или только одну (2400 ВА при cos =1). К сожалению, некоторые продавцы не указывают cos, пытаясь выдать электростанцию за более мощную.

Какие бывают нагрузка?

Теперь ответим на второй вопрос. Начнем с пылесоса: почему относительно него нельзя полностью реализовать мощность генератора? Немного «ликбеза»: активные (омические) нагрузки - это те, в которых вся потребляемая энергия превращается в тепло (лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и тому подобное).

Все другие нагрузки - реактивные (индуктивные и емкостные). Пример первых - катушка, вторых - конденсатор. У реактивных потребителей энергия превращается не только в тепло - часть ее тратится на другие цели, например, на создание электромагнитных полей.

Электрическое сопротивление пылесоса имеет индуктивную реактивную составляющую. Главный «виновник» этого - электродвигатель с обмотками, которые добавляют к разнице фаз генератора электростанции собственную разницу фаз того же знака (направлению). В итоге придется применять еще один - поправочный коэффициент мощности, которая характеризует потребителя.

Посчитаем, пылесос какой мощности сможет «заживить» станция. Притом, что для типичного пылесоса cos составляет где-то 0,5. Следовательно: 3 кВА х 0,8 х 0,5 = 1,2 кВт.

Обогреватель реактивности не имеет (cos = 1), потому станции полностью «по зубам» прибор мощностью 3 кВА х 0,8 х 1 = 2,4 кВт.

Высокие пусковые перегрузки

А как быть с морозильной камерой? Почему для работы ее двигателя необходим такой колоссальный запас мощности? В момент включения двигатель морозильника потребляет намного больше энергии, чем в процессе работы. Он должен выйти на рабочие обороты и сразу начать перекачку хладагенту.

А что будет, если, не ввиду расчетов, подсоединить 300-ватный холодильник к станции мощностью 1 кВА? Ситуация может развиваться по-разному. Если генератор не оборудован системами, которые повышают пусковые токи, то он просто выключится (сработает предохранительный автомат). Но, некоторые умельцы горя блокируют это устройство. После такой переработки обязательно что-либо «сгорает»: или сам агрегат, или электродвигатель.

Кстати, с точки зрения пусковых токов один из самых «страшных» приборов - глубинный насос, в которого в момент старта потребления может подскочить в 7-9 раз.

В асинхронных генераторах применяется стартовое усиление для поддержания больших пусковых токов. Если потребляемый от генератора ток превысит определенную величину, то специальное устройство подключает к конденсаторам основного возбуждения еще один или несколько конденсаторов. Тем самым мощность генератора существенно вырастет и спад напряжения, вызванный высокой нагрузкой; будет компенсирован. Чтобы не повредить обмотку генератора, дополнительное возбуждение выключается с помощью специальной электроники приблизительно через 8 секунд. Этого времени, с одной стороны, вполне достаточно для пуска электродвигателя, а с другой стороны - генератор не успевает перегреться. Стартовое усиление нельзя применять, если от генератора питается сварочный аппарат. При сварке прыжки тока возникают в каждом случае зажжения дуги, и устройство будет постоянно включаться, увеличивая ток возбуждения генератора, что, со временем, приведет к повреждению защиты или обмотки. Для пользователей, которые планируют использовать электроагрегат для сварки, в генераторах предусмотренная выключка стартового усиления.

Последнее замечание к нашим примерам: соединительные проводы тоже имеют сопротивление, а следовательно, они являются потребителями электроэнергии. Об этом нельзя забывать при расчете мощности.


     Генератор


Электрогенератор превратит механическую энергию вращения вала двигателя в электрическую энергию переменного тока. В зависимости от его типу и конструкции, электростанции лучше подходят для решения тех или других заданий.

Синхронный или асинхронный?

Для возбуждения ЕРС (электродвижущей силы) в обмотках статора нужно создать переменное магнитное поле. Это достигается вращением намагниченного ротора (якоря). «Намагничивание» может проходить разными способами.

Да, у синхронного генератора на якоре есть обмотки, на которые подается электрический ток. Изменяя его величину, можно влиять на магнитное поле, а следовательно, и на напряжение на выходе статорных обмоток. Роль регулятора исполняет электрическая схема с обратной связью за током и напряжением. Благодаря этому способность синхронного генератора «проглатывать» кратковременные перегрузки высокая и ограниченная лишь активным сопротивлением его обмоток, он легче переносит пусковые нагрузки. Однако у такой схемы есть и недостатки. В первую очередь, ток придется подавать на оборотный ротор, для чего используют щеточный узел. Работая с достаточно большими (особенно во время перегрузок) токами, щетки перегреваются и частично «выгорают». Это приводит к их плохому прилеганию к коллектору, повышению омического сопротивления и перегрева узла. Кроме того, подвижной контакт искрит, а следовательно, является источником радиопомех. И основной недостаток - низкая степень защиты от внешних влияний, например: пыль, грязь, вода, потому что синхронный генератор охлаждается, «протягивая» сквозь себя воздух, соответственно, все, что есть в воздухе, может попасть в генератор. Если генератор щеточный, то во избежание преждевременного изнашивания щеточного узла, рекомендуется контролировать его состояние и при необходимости очищать или менять щетки. Много современных синхронных генераторов оборудованы безщеточными системами возбуждения (brash-less). Они не имеют упомянутых недостатков, а потому более приоритетны.

Асинхронный генератор вообще не имеет обмоток на роторе. Для возбуждения ЕРС в его исходном кругу используют остаточную намагниченность якоря. Конструктивно такой генератор намного проще, более надежный и более долговечный. Кроме того, поскольку обмотку ротора охлаждать не нужно (их просто нет), корпус асинхронного генератора закрыт, что позволяет избежать попадания пыли и влаги. Асинхронные генераторы не восприимчивы к коротким замыканиям, потому лучше подходят для питания сварочных аппаратов.

К сожалению, асинхронники тоже не лишены недостатков. Их способность «проглатывать» пусковые перегрузки являются ниже, чем у синхронных генераторов. Но этот недостаток компенсируется путем оснастки станций системой «стартового усиления».

Сколько же в нем фаз?

Действительно, зачем нужны непонятные три фазы, когда и с одной не разберешься? Начнем с того, что трехфазная схема подключения позволяет передавать энергию трех однофазных источников лишь по трем проводам (в случае однофазной схемы нужно было бы выделить по двое проводов на каждое такой источник). В итоге, при ровной исходной мощности трехфазный генератор более компактный, более легкий и имеет больший КПД. К тому же, он более универсален - на выходе дает как бытовые 220 вольт, так и промышленные 380 вольт.
Один или трехфазные генераторы. Их название выплывает из назначения - питать соответствующих потребителей. При этом, к однофазным генераторам, можно подключать только однофазные нагрузки, тогда как к трехфазному (380/220 В, 50 Гц) - и те, и другие.

С однофазными генераторами все более-менее ясно: главное - правильно «посчитать» всех своих потребителей, учесть возможные проблемы и выбрать агрегат соответствующей мощности. При подключении к трехфазным генераторам трехфазных нагрузок ситуация аналогична.

А вот при подключении к трёхфазников однофазных потребителей возникают перекос фаз.

Что такое перекос фаз?

При подключении нагрузки на одну фазу трехфазного генератора используется только одна обмотка статора, тем временем как в нормальном режиме задействованы все три, соответственно, выходит, что реально снять можно не более чем 33% трехфазной мощности для синхронных, или порядку 70-80% для асинхронных и синхронных. Если попробовать нагрузить агрегат сильнее, статорная обмотка окажется перегруженной и может «сгореть».

Другое дело, когда генератор сделан с «запасом». Например, когда при работе на три фазы его обмотки работают в треть силы. Тогда неравномерность распределения нагрузки (это и есть так называемый «перекос фаз») может составить все 100%. Во всяком случае, не в зависимости от предельных возможностей электростанции, нагрузки стоит распределять равномерно - это увеличит КПД и снизит нагревание в статорных обмотках.


     Двигатель


Даже наилучший генератор не выдаст и вата мощности, если его не будет вращать двигатель. Какие они бывают и чем различаются?

Бензиновые двигатели

Обычно на станциях малой и средней мощности применяются карбюраторные, или, как их еще часто называют, бензиновые двигатели (полный правильный срок - «двигатель внутреннего сгорания с внешним получением шума»). Как следует из названия, топливом для них служит бензин. Сгорая, он отдает часть своей энергии поршню, который выполняет полезную работу, а вся энергия, которая осталась, тратится на нагревание атмосферы и деталей двигателя. Поняло, чем больше джоулей идут в полезную работу, тем лучше. Повышение КПД - сложное техническое задание, для решения которого применяют много разных приемов.

Достичь качественного прыжка в борьбе за снижение затраты топлива удалось при переходе к верхнеклапанной компоновке двигателя. Одна из таких схем с распределительным валом в картере и штанговом поводе получила в последние годы наибольшее распространение и отражается «OHV». Ее внедрение позволило уменьшить площадь поверхности камеры сгорания, а следовательно, уменьшить нагревание деталей двигателя. Кроме того, появилась возможность повысить степень сжатия (с 5-6 до 7-9 единиц) при использовании бензина той же марки, что привело к еще большей эффективности.

К сожалению, последующее повышение КПД бензинового двигателя за счет увеличения степени сжатия является нецелесообразным - это нуждается в значительном увеличении октанового числа топлива (а следовательно, и его стоимости). В противоположном случае горючая смесь, детонируя, будет сгорать заблаговременно, толкая поршень против его движения. Для следующего качественного шага необходимо кардинально улучшить сам процесс получения смеси, то есть отказаться от карбюратора в интересах систем впрыскивания с электронным управлением. А цена самого простого из них впритык приближается к стоимости недорогого двигателя вместе с его карбюратором.

Дизельные двигатели

Дизель владеет недосягаемый низкой для бензинового двигателя затратой топлива. У него степень сжатия ограниченная, главным образом, прочностью и термостойкостью деталей поршневой и кривошипно-шатунной группы. Для нормальной работы в жестких режимах их придется делать очень крепкими, то есть тяжелыми. Как следствие, при высоких оборотах вала они изнашиваются быстрее, чем более легкие детали карбюраторного двигателя. Вышесказанное в любом случае не значит, что дизель менее долговечен (здесь именно время вспомнить о высоком запасе прочности), а лишь объясняет причину, через которую он «предпочитает» сниженные обороты.

У такого двигателя есть два серьезных недостатка: высокая стоимость и относительно большая масса. Сложность и дороговизну ремонта в расчет брать не будем - они компенсированы надежностью и долговечностью

Общее сравнение бензиновых и дизельных генераторов:

если аварийный режим - бензиновый,
если длительная работа - дизельный;
бензиновый - более дешево, дизельный - дороже.

Дизель более экономический чем бензиновый двигатель, за счет этого окупается разница в цене (при длительной работе).
Дизельный 1500 об/мин (жидкостное охлаждение) превышает бензиновый двигатель за ресурсом приблизительно в 5-6 раз, дизельный 3000 об/мин (воздушное охлаждение) за ресурсом превышает в 3-4 раза (в данном случае для дизельных двигателей фирм Hatz, IVECO).
Гарантированный запуск: бензиновый -20°С, дизельный -5 °С
Уровень шума: бензиновый 55-72 дБ, дизельный 80-110 дБ.
При постоянной работе допустимая минимальная нагрузка кВт: бензиновый - любое, дизельный - 40%.


     Итоги выбора


Следовательно, следует предварительно определить, какие потребители будут подключаться одновременно к генератору. При подсчете - лучше (по возможности) проверить мощность потребителей по их паспортным данным.

Особенное внимание нужно обратить на потребителей, которые имеют электродвигатели: холодильники, насосы, газонокосилки и тому подобное. Это связано с тем, что для пуска электродвигателя нужная мощность, что в 3-3,5 раза превышает его номинальную мощность. Приведенные цифры характерны для большинства бытовых приборов. Для подсчета возьмите тройное значение номинальной мощности электроприбора с наибольшим электродвигателем, добавляйте к нему номинальные значения мощностей других приборов, которые содержат электродвигатели, если уверенные, что они не будут включаться одновременно, и добавляйте к сумме мощности всех других активных потребителей (освещение, электроплита, бойлер и тому подобное), которые будут работать вместе с первыми. Полученную мощность увеличить на 10% - это и будет мощность необходимого генератора.

После чего останется решить, для которого типа работ будет использоваться генератор - постоянные или аварийные, и соответственно, купить бензиновый или дизельный генератор.

Источник материала:    Всеукраинская отраслевая газета "Электротема"

При полном или частичном копировании материалов на сайте или в публичном издании присутствие ссылки на автора статьи и сайт компании “Энергомаш” необходимо в обязательном порядке.

  Вернуться к перечню статей

Похожие новости

Первые генераторы переменного тока

Дизельные генераторы

Получение переменного тока никогда не представляло принципиальных трудностей. Действительно, в обмотках всех электромашинных генераторов (если не считать униполярного) генерируются переменные токи, которые в машинах постоянного тока преобразуются при помощи коллектора в ток постоянного...

Читать дальше ...

Принцип работы генератора

Дизельные генераторы

Прежде чем арендовать или купить дизельный или бензиновый генератор, мы рекомендуем разобраться с тем, как работает генератор и на что стоит обратить внимание, при выборе генератора. Генератор – это незаменимое оборудование, для обеспечения резервного / аварийного, пикового или постоянного...

Читать дальше ...

Портативные и стационарный генераторы

Дизельные генераторы

В настоящее время, отсутствие электрического питания, не может быть решено просто зажиганием свечи или факела. Проблема не ограничивается простым отсутствием освещения или временным отключением бытовых электроприборов. На сегодняшний день, отключение электроэнергии, приводит к обрыву связи с...

Читать дальше ...