Генераторы

Что такое электрогенератор?

Наиболее простые средства для автономного или аварийного электроснабжения представлены устройствами, накапливающими электричество, но не создающие его (например, аккумуляторы с инверторами, источяники бесперебойного питания, повербанки, зарядные станции). Это не требует дополнительных заморочек, но ставит в зависимость от наличия тока в электросети, поскольку перечисленные приборы после использования необходимо заряжать. При этом отдача не 100%, а процесс зарядки может занимать несколько часов. Кроме того, рекомендуется следить за уровнем заряда, не допуская полной разрядки. Из-за этого в некоторых случаях предпочтительнее применение электрогенераторов.

Преимущества и недостатки генераторов

Несмотря на то, что генераторам тоже нужен отдых, выработку электричества можно будет продолжить после остывания мотора, тогда как при использовании устройств с аккумуляторами придётся ждать возобновления подачи напряжения в сети, чтоб зарядить их. Рекомендуемое время работы без остановки для бензиновых и дизельных установок — от 5 до 8 часов. Хотя производителями указываются большие числа — они берутся от объёма топливного бака и расхода топлива. Впрочем, мощные генераторы, подключённые к газовой сети, способны работать до 24 и даже 50 часов. Правда, после этого понадобится менять масло в двигателе.

При необходимости заживить большое количество электроприборов, например, обеспечить током индивидуальный дом, дачу, магазин, кафе или пункт для обогрева и зарядки, более целесообразным будет применение генераторов. Поэтому многие предприниматели и домовладельцы предпочитают такой источник питания.

Однако у генераторов есть много недостатков. Во-первых, в процессе эксплуатации образовываются отработанные газы, из-за чего такой источник электричества нельзя ставить в жилых и производственных помещениях. Поэтому их нужно размещать на улице. Во-вторых, электрогенераторы тяжёлые и громоздкие в сравнении с другими источниками питания. И если маломощные модели можно перенести вручную, генераторы средней и большой мощности можно перевезти, как тележку, либо же придётся использовать транспортное средство. А полупромышленные и промышленные модели вообще выполнены в стационарном исполнении. В-третьих, генераторы шумные. В-четвёртых, они плохо подходят на роль резервного питания, поскольку при использовании автоматического включения в случае отключения электричества запуск установки осуществляется за 10-120 секунд и этого времени достаточно, чтоб компьютер или газовый котёл выключились. В-пятых, качество электричества часто минимального уровня. Особенно это касается бюджетных китайских генераторов. Они могут подавать в сеть импульсные помехи или повышенное напряжение. Поэтому на выходе рекомендуется устанавливать специальные фильтры. В-шестых, полученная электроэнергия будет дорогой.

Итак, в каких случаях оправдана эксплуатация генератора?

• Если необходимо обеспечить питание частного дома или небольшого бизнеса. То есть, когда необходима большая мощность (больше 3-5 кВт).
  
• При частых и продолжительных отключениях электричества.
• В местах, где нет возможности подключиться к электросети.

Принцип работы и составляющие генератора

Составными частями генератора являются двигатель внутреннего сгорания (как в автомобиле); собственно, генератор; рама, на которой закрепляются мотор и генератор; аккумулятор для запуска двигателя; стартер; воздушный фильтр; топливный бак; панель управления с выходными разъёмами. Дополнительно могут присутствовать ручки и колёса.

Принцип работы генератора состоит в преобразовании механической энергии в электрическую. От сгорания топлива при помощи свечей зажигания поршни вращают коленчатый вал двигателя, к которому присоединён электрогенератор. В результате вращения ротора в генераторе образуется сменное магнитное поле, которое после выпрямителей и реле превращается в ток.

Классификация генераторов

Существует классификация, согласно которой генераторы делятся на типы в зависимости от вида используемого топлива или особенностей работы, сферы применения и мощности, количества фаз.

Вид топлива, на котором работают двигатели, определяет тип электрогенераторных установок. По данному критерию выделяют бензиновые, дизельные и газовые. Кроме того, бывают и многотопливные. Например, большинство бытовых газовых генераторов являются газово-бензиновыми. Однако отдельным типом считаются инверторные генераторы. Их отличает наличие преобразователя (инвертора), который выпрямляет переменный ток, а затем снова преобразовывает его в переменный. При этом осуществляется микропроцессорное широтно-импульсное управление, которое подстраивается под потребляемую нагрузку.

По сфере применения и мощности различают бытовые и промышленные экземпляры. Первые можно переносить или перевозить с ручной погрузкой/разгрузкой, вторые можно перемещать при помощи кранов-манипуляторов и они имеют стационарное исполнение.

Бытовые и промышленные модели различаются и по мощности. Так, генераторы до 10-13 кВт считаются бытовыми. От 15 кВт — промышленными. Некоторые выделяют ещё и промежуточные — полупромышленные, чья мощность лежит в пределах 13-15 кВт.

Разделение по мощности можно дополнить разбивкой бытовых генераторов на маломощные (0,8-3 кВт), средней мощности (3-5 кВт), большой (5-8 кВт) и особо большой мощности (8-13 кВт).

Количество фаз также определяет классификацию. Поэтому бывают однофазные и трёхфазные генераторы. В однофазной системе применяется одна силовая и одна нулевая линия. Напряжение составляет 220В. Трёхфазная представлена тремя силовыми и одним нулевым проводом. И каждая из фаз отличается углом. Напряжение трёхфазной сети — 380В. Хотя при этом они могут выдавать и 220В, используя одну фазу. Поэтому трёхфазные генераторы универсальны в плане напряжения. Вдобавок, они ещё и более надёжны, поскольку при отказе одного из проводов продолжится подача питания, хоть и с меньшим напряжением.

Большинство бытовых генераторов являются однофазными, ведь бытовая техника работает от 220В. Трёхфазные находят применение в промышленности и строительстве, хотя выпускаются и бытовые модели.

Инверторные генераторы

Этот тип генераторов является разновидностью бензиновых и газово-бензиновых. Иногда их даже не разделяют. Отличие состоит в конструкции: благодаря набору микросхем происходит подстраивание оборотов двигателя к нагрузке — у других генераторов количество оборотов стабильное, независимо от нагрузки, из-за чего возникает перерасход топлива, а у таких при снижении нагрузки уменьшается количество оборотов, при увеличении — возрастают. Кроме того, присутствует инвертор (преобразователь), который выпрямляет исходное переменное напряжение, превращая его в постоянное. После этого оно снова превращается в переменное. За счёт этого улучшается синусоида (многие модели выдают ток с чистой синусоидой) и уменьшается количество помех — отклонения напряжения могут составлять не более 2,5%.

Использование инверторных генераторов оправдано для питания компьютеров, оргтехники, лабораторного и медицинского оборудования. Также их удобно брать для выездов на природу — на пляж, на пикник, на рыбалку.

Особенность инверторных генераторов — компактные размеры и малый вес. При этом наибольший ассортимент относится к маломощным моделям до 2 кВт. Хотя встречаются и экземпляры мощностью 8 кВт. В придачу к этому, инверторные генераторы мощностью до 2 кВт предназначены для ручной транспортировки, чем не могут похвастаться модели других типов.

И, безусловно, имеется не менее важная черта — экономность. Расход топлива на 40% ниже, чем у других генераторов.

Преимущества инверторных генераторов — малое потребление топлива (от 0,3 л.), компактность, малый вес, высокое качество электричества, низкий уровень шума (до 70 дБ).

К недостаткам можно отнести высокую стоимость и малый выбор моделей средней и большой мощности.

Бензиновые инверторы

Генераторы, работающие на бензине, являются наиболее распространённым типом. Это связано с доступностью данного топлива. В них можно использовать бензин марки А-92.

Двигатели бензиновых генераторов представлены как двухтактными, так и четырёхтактными моделями. Отличие в количестве тактов, за которые происходит сжигание топливной смеси в цилиндрах. Первые более шумные и выдают небольшую мощность (до 1,2 кВт), не подходят для длительного электроснабжения и требуют смешивания бензина с моторным маслом (в эпоху массового применения двухтактников на автомобилях и мотоциклетной технике на заправочных станциях продавали готовую смесь), нестабильная выдача тока. Четырёхтактные модели лишены этих недостатков — они работают дольше, выпускаются под разную мощность, менее шумны, отличаются стабильностью работы. Правда, при этом потребление топлива больше.

Есть и другие нюансы. Например, тип преобразователя (альтернатора). Он может быть синхронным и асинхронным.

Синхронные характеризуются наличием индукционных катушек на роторе. У них имеется жёсткая связь между частотой вращения ротора и образованием электродвижущей силы. Преимуществом синхронных генераторов является способность выдавать более стабильное напряжение с колебаниями, не превышающими 5% от номинальной мощности. Из-за этого их можно использовать для обеспечения питания компьютеров, телевизоров, электрических плит и других приборов, чувствительных к перепадам напряжения. Вдобавок, система AVR (автоматическая регулировка напряжения) может работать лишь с синхронными генераторами. Недостаток — плохая защищённость от внешней среды: влаги, короткого замыкания. Кроме того, в процессе эксплуатации требуется периодическая замена щёток.

Асинхронные отличаются упрощённой конструкцией, поскольку у них нет индукционных катушек на роторе. Однако сам ротор размещается в герметическом корпусе, а потому лучше защищён от механических повреждений и окружающей среды. Особенность эксплуатации состоит в том, что генераторы асинхронного вида не рекомендуют использовать для чувствительных электроприборов.

Минимальный расход топлива у бензиновых генераторов составляет от 0,4 до 4,9 л. Такой широкий диапазон объясняется разной мощностью.

Преимущества бензиновых генераторов в доступности, огромном ассортименте моделей и относительно невысокой цене (в сравнении с газово-бензиновыми или дизельными аналогичной мощности), более лёгком запуске в морозы.

Недостатками являются небольшой моторесурс (в среднем, не более 4000 моточасов), больший расход топлива и более высокая себестоимость полученной электроэнергии.

Газовые генераторы

Выпускаются генераторы, работающие на газе. Хотя к данному типу относят и двухтопливные приборы — газово-бензиновые.

Данный тип генераторов различается видом газа, который применяется в установках. Так, бытовые модели преимущественно сделаны газово-бензиновыми. Они работают на пропане, бутане или пропано-бутановой смеси. Для этого их подключают к газовому баллону. В свою очередь, мощные и особо мощные бытовые генераторы и промышленные рассчитаны на использование природного газа, для чего их нужно подсоединяться к трубопроводу. Хотя бывают и комбинированные газовые установки, работающие как на природном, так и на сжижженом газе.

Газово-бензиновые генераторы также отличаются типом двигателя: они бывают поршневыми и газотурбинными. Бытовые выпускаются с поршневыми моторами, а промышленные могут быть газотурбинными.

Уровень минимального расхода топлива бытовыми моделями сопоставим с бензиновыми генераторами. Он составляет 0,4-4,5 л./ч.

Генераторы на газе имеют много преимуществ: дешевизна топлива (соответствненно, низкая себестоимость произведённого электричества), высокий КПД (составляет 30-40%), большой моторесурс (до 40000 часов), меньшая токсичность выхлопов. При подключении к магистральной газопроводной линии добавляется возможность продолжительной безостановочной работы. Правда, в таком случае придётся согласовывать подключение с газовой службой, а это дополнительные затраты. К тому же, при превышении потребления свыше 15 кубов в час проект могут признать не бытовым, а промышленным, что ещё больше удорожит подключение и эксплуатацию.

К недостаткам относят высокую стоимость; повышенные требования к безопасности в связи с тем, что газ является более взрывоопасным, чем бензин или дизель; особенные условия эксплуатации (при работе в холодную погоду газовый баллон необходимо ставить в отапливаемом помещении, а при подключении к магистральной газовой системе необходимо разрешение от газовой службы).

Дизельные генераторы

Ещё одним видом топлива является дизель. Соответственно, существуют и дизельные генераторы. Интересно, что они представлены только четырёхтактными моторами с синхронным преобразователем (поэтому могут оснащаться автоматическим регулятором напряжения).

В отличие от бензиновых и инверторных дизельные модели более мощные, так как они стартуют от 2,2 кВт и в их ассортименте присутствуют промышленные модели мощностью от 12-15 кВт. Таким образом, диапазон мощностей отличается. Это отображается на специфике применения — такие генераторы используются для пунктов обогрева и зарядки, медицинских учреждений, супермаркетов, промышленных цехов.

В сравнении с бензиновыми расход топлива меньший — от 0,28 л./ч. до 3 л./ч. При этом дизтопливо стоит дешевле, чем бензин. Также у них нет свечей зажигания и карбюраторов, что упрощает обслуживание.

У дизельных генераторов много преимуществ — меньшая стоимость топлива, меньший расход (в сравнении с бензиновыми), меньшая горючесть в сравнении с бензином, большой моторесурс (до 10000 моточасов), более простое обслуживание.

Несмотря на такие преимущества, дизельным генераторам присущи недостатки: высокий уровень шума (86-92 дБ), сложный запуск в морозную погоду (солярка загустевает при минусовой температуре, из-за чего необходима функция подогрева топлива), а также высокая стоимость (на 30-40% больше, чем у бензиновых). Кроме того, они тяжелее бензиновых аналогичной мощности.

Характеристики

Помимо разделения по типу топлива и количеству фаз генераторы различаются мощностью, временем автономной работы, объёмом топливного бака и минимальным расходом топлива, типом охлаждения, типом запуска, типом установки и приспособлениями для транспортировки, наличием дополнительных функций и оснащения.

Под мощностью имеется в виду номинальная выходная мощность. Это следует учитывать, поскольку некоторые электроприборы при включении потребляют повышенную мощность, которая может в 1,5-2,5 раза превышать номинальную. Поэтому, если её не хватит, сработает защита и генератор выключится. Из-за этого недостаточно посчитать мощность всей техники, которую собираетесь запитать от автономного источника электричества. Необходимо подсчитать максимальную мощность или добавить запас 20-30%.

У генераторов могут указываться две мощности — номинальная (рабочая) и максимальная. Основным режимом эксплуатации является работа с номинальной мощностью. Она ограничивается лишь необходимостью охладить мотор или произвести заправку. Выдача максимальной мощности доступна небольшой период времени — он разный у каждого производителя, но колеблется в пределах от нескольких секунд до 20-30 минут.

Часто недобросовестные производители завышают показатели и указывают лишь максимальную мощность.

Диапазон мощностей велик. Он варьируется от 0,8 до 13 кВт для бытовых моделей, а промышленные ещё мощнее. Как правило, для частных домов и дач приобретают генераторы мощностью 3 или 5 кВт.

Рекомендуемое время работы у генераторов составляет 5-8 часов. Оно ограничено не только необходимостью охлаждения мотора и генератора, но и объёмом бака или газового баллона (для бытовых моделей, работающих на топливе из резервуара).

В спецификациях указывается время безостановочной работы в пределах от 6 до 14 часов. Хотя у некоторых моделей этот показатель равняется 24 часам.

Объём бака влияет на время безостановочной работы и частоту дозаправок. Он связан с мощностью и размерами генераторной установки, однако в среднем составляет от 2,4 до 60 л.

Минимальный расход топлива у бытовых инверторов варьируется в пределах 0,28-4,9 л./ч.

Охлаждение двигателя бывает двух видов: воздушное и водяное. У бензиновых моделей встречается, преимущественно, воздушное, тогда как у газовых оно может быть воздушным и водяным.

Тип запуска означает способ включения генераторной установки. Различают три вида: ручной, электрический и автоматический. Некоторые модели могут запускаться несколькими способами.

В зависимости от установки различают портативные (переносные, предвижные) и стационарные модели. Переносные модели могут не иметь дополнительных приспособлений, либо же могут снабжаться ручками. Передвижные оборудуют колёсиками с рукоятками или без них.

В роли дополнительного оснащения могут выступать защитный кожух, дисплей, счётчик моточасов, аккумуляторная батарея, вольтметр, автоматический регулятор напряжения (AVR), функция автоматического включения при отключении сети (ATS).