Генератори

Що таке електрогенератор?

Найбільш прості засоби для автономного або аварійного електропостачання представлені пристроями, що накопичують електрику, але не створюють її (наприклад, акумулятори з інверторами, джерела безперебійного живлення, повербанки, зарядні станції). Це не вимагає додаткових заморочок, але залежить від наявності струму в електромережі, оскільки перелічені прилади після використання необхідно заряджати. При цьому віддача не 100%, а процес заряджання може тривати кілька годин. Крім того, рекомендується стежити за рівнем заряду, не допускаючи повного розряджання. Через це у деяких випадках можна віддати перевагу застосуванням електрогенераторів.

Переваги та недоліки генераторів

Незважаючи на те, що генераторам теж потрібен відпочинок, вироблення електрики можна буде продовжити після остигання двигуна, тоді як при використанні пристроїв з акумуляторами доведеться чекати відновлення подачі напруги в мережі, щоб зарядити їх. Рекомендований час роботи без зупинки для бензинових та дизельних установок — від 5 до 8 годин. Хоча виробниками вказуються великі числа — вони беруться від обсягу паливного бака та витрат палива. Втім, потужні генератори, підключені до газової мережі, здатні працювати до 24 і навіть 50 годин. Щоправда, після цього знадобиться міняти оливу в двигуні.

За необхідності живити велику кількість електроприладів, наприклад, забезпечити струмом індивідуальний будинок, дачу, магазин, кафе або пункт для обігріву та заряджання, доцільнішим буде застосування генераторів. Тому багато підприємців і домовласників віддають перевагу такому джерелу живлення.

Однак генератори мають багато недоліків. По-перше, в процесі експлуатації утворюються відпрацьовані гази, через що таке джерело електрики не можна ставити в житлових та виробничих приміщеннях. Тому їх треба розміщувати на вулиці. По-друге, електрогенератори важкі та громіздкі порівняно з іншими джерелами живлення. І якщо малопотужні моделі можна перенести вручну, генератори середньої та великої потужності можна перевезти, як візок, або доведеться використовувати транспортний засіб. А напівпромислові та промислові моделі взагалі виконані у стаціонарному виконанні. По-третє, генератори шумні. По-четверте, вони погано підходять на роль резервного живлення, оскільки при використанні автоматичного ввімкнення у випадку вимкнення електрики запуск установки здійснюється за 10-120 секунд і цього часу достатньо, щоб комп'ютер або газовий котел вимкнулися. По-п'яте, якість електрики часто мінімального рівня. Особливо це стосується бюджетних китайських генераторів. Вони можуть подавати в мережу імпульсні перешкоди або підвищену напругу. Тому на виході рекомендується встановлювати спеціальні фільтри. По-шосте, отримана електроенергія буде дорогою.

Отже, у яких випадках виправдано експлуатацію генератора?

• Якщо потрібно забезпечити живлення приватного будинку або невеликого бізнесу. Тобто, коли необхідна велика потужність (більше 3-5 кВт).
  
• При частих та тривалих відключеннях електрики.
• У місцях, де немає можливості підключитися до електромережі.

Принцип роботи та складові генератора

Складовими частинами генератора є двигун внутрішнього згоряння (як у автомобілі); власне, генератор; рама, на якій закріплюються мотор та генератор; акумулятор для запуску двигуна; стартер; повітряний фільтр; паливний бак; панель управління з вихідними роз'ємами. Додатково можуть бути присутніми ручки та колеса.

Принцип роботи генератора полягає у перетворенні механічної енергії на електричну. Від згоряння палива за допомогою свічок запалювання поршні обертають колінчастий вал двигуна, до якого приєднано електрогенератор. В результаті обертання ротора в генераторі утворюється змінне магнітне поле, яке після випрямлювачів і реле перетворюється на струм.

Класифікація генераторів

Існує класифікація, згідно з якою генератори поділяються на типи в залежності від виду палива або особливостей роботи, сфери застосування і потужності, кількості фаз.

Вид палива, на якому працюють двигуни, визначає тип електрогенераторних установок. За цим критерієм виділяють бензинові, дизельні та газові. Крім того, бувають і багатопаливні. Наприклад, більшість побутових газових генераторів є газово-бензиновими. Однак окремим типом є інверторні генератори. Їх відрізняє наявність перетворювача (інвертора), який випрямляє змінний струм, а потім знову перетворює його на змінний. При цьому здійснюється мікропроцесорне широтно-імпульсне управління, яке підлаштовується під навантаження, що споживається.

За сферою застосування та потужністю розрізняють побутові та промислові екземпляри. Перші можна переносити або перевозити з ручним навантаженням/розвантаженням, другі можна переміщати за допомогою кранів-маніпуляторів і вони мають стаціонарне виконання.

Побутові та промислові моделі різняться і за потужністю. Так, генератори до 10-13 кВт вважаються побутовими. Від 15 кВт – промисловими. Деякі виділяють ще й проміжні — напівпромислові, потужність яких лежить в межах 13-15 кВт.

Поділ за потужністю можна доповнити розбивкою побутових генераторів на малопотужні (0,8-3 кВт), середньої потужності (3-5 кВт), великої (5-8 кВт) та особливо великої потужності (8-13 кВт).

Кількість фаз також визначає класифікацію. Тому бувають однофазні та трифазні генератори. В однофазній системі застосовується одна силова та одна нульова лінія. Напруга складає 220В. Трифазна представлена трьома силовими та одним нульовим проводом. І кожна із фаз відрізняється кутом. Напруга трифазної мережі — 380В. Хоча вони можуть видавати і 220В, використовуючи одну фазу. Тому трифазні генератори універсальні в плані напруги. До того ж вони ще й надійніші, оскільки при відмові одного з дротів продовжиться подача живлення, хоч і з меншою напругою.

Більшість побутових генераторів є однофазними, адже побутова техніка працює від 220В. Трифазні знаходять застосування в промисловості та будівництві, хоча випускаються і побутові моделі.

Інверторні генератори

Цей тип генераторів є різновидом бензинових і газово-бензинових. Іноді їх навіть не поділяють. Відмінність полягає в конструкції: завдяки набору мікросхем відбувається підлаштовування обертів двигуна до навантаження — у інших генераторів кількість обертів стабільна, незалежно від навантаження, через що виникає перевитрата палива, а у таких при зниженні навантаження зменшується кількість обертів, при збільшенні — зростають. Крім того, присутній інвертор (перетворювач), який випрямляє вихідну змінну напругу, перетворюючи її на постійну. Після цього вона знову перетворюється на змінне. За рахунок цього покращується синусоїда (багато моделей видають струм із чистою синусоїдою) і зменшується кількість перешкод — відхилення напруги можуть становити не більше 2,5%.

Використання інверторних генераторів виправдане для живлення комп'ютерів, оргтехніки, лабораторного та медичного обладнання. Також їх зручно брати для виїздів на природу – на пляж, пікнік, на риболовлю.

Особливість інверторних генераторів — компактні розміри та мала вага. При цьому найбільший асортимент відноситься до малопотужних моделей до 2 кВт. Хоча трапляються й екземпляри потужністю 8 кВт. На додачу до цього, інверторні генератори потужністю до 2 кВт призначені для ручного транспортування, чим не можуть похизуватись моделі інших типів.

І, безумовно, є не менш важлива риса — економність. Витрата палива на 40% нижча, ніж у інших генераторів.

Переваги інверторних генераторів — мале споживання палива (від 0,3 л), компактність, мала вага, висока якість електрики, низький рівень шуму (до 70 дБ).

До недоліків можна віднести високу вартість та малий вибір моделей середньої та великої потужності.

Бензинові інвертори

Генератори, що працюють на бензині, є найпоширенішим типом. Це пов’язано з доступністю даного палива. Вони можна використовувати бензин марки А-92.

Двигуни бензинових генераторів представлені як двотактні, так і чотиритактні моделі. Відмінність у кількості тактів, які відбувається спалювання паливної суміші в циліндрах. Перші більш шумні та видають невелику потужність (до 1,2 кВт), не підходять для тривалого електропостачання та вимагають змішування бензину з моторним маслом (за масового застосування двотактників на автомобілях та мотоциклетній техніці на заправних станціях продавали готову суміш), нестабільна видача струму. Чотиритактні моделі позбавлені цих недоліків — вони працюють довше, випускаються під різну потужність, менш шумні, відрізняються стабільністю роботи. Щоправда, при цьому споживання палива більше.

Є й інші аспекти. Наприклад, тип перетворювача (альтернатора). Він може бути синхронним та асинхронним.

Синхронні характеризуються наявністю індукційних котушок на роторі. У них є жорсткий зв'язок між частотою обертання ротора та утворенням електрорушійної сили. Перевагою синхронних генераторів є здатність видавати стабільнішу напругу з коливаннями, що не перевищують 5% від номінальної потужності. Через це їх можна використовувати для забезпечення живлення комп'ютерів, телевізорів, електричних плит та інших приладів, чутливих до перепадів напруги. Крім того, система AVR (автоматичне регулювання напруги) може працювати лише з синхронними генераторами. Недолік — погана захищеність від довкілля: вологи, короткого замикання. Крім того, в процесі експлуатації потрібна періодична заміна щіток.

Асинхронні відрізняються спрощеною конструкцією, оскільки вони не мають індукційних котушок на роторі. Однак сам ротор розміщується в герметичному корпусі, тому краще захищений від механічних пошкоджень і навколишнього середовища. Особливість експлуатації полягає в тому, що генератори асинхронного виду не рекомендують використовувати для чутливих електроприладів.

Мінімальна витрата палива у бензинових генераторів становить від 0,4 до 4,9 л. Такий широкий діапазон пояснюється різною потужністю.

Переваги бензинових генераторів у доступності, великому асортименті моделей та відносно невисокій ціні (у порівнянні з газово-бензиновими або дизельними аналогічної потужності), легшому запуску в морози.

Недоліками є невеликий моторесурс (в середньому, не більше 4000 мотогодин), більша витрата палива і вища собівартість отриманої електроенергії.

Газові генератори

Випускаються генератори, що працюють на газі. Хоча до цього типу відносять і двопаливні прилади – газово-бензинові.

Даний тип генераторів відрізняється видом газу, що застосовується в установках. Так, побутові моделі переважно зроблені газово-бензиновими. Вони працюють на пропані, бутані або пропано-бутановій суміші. Для цього їх підключають до газового балона. У свою чергу, потужні та особливо потужні побутові генератори та промислові розраховані на використання природного газу, для чого їх потрібно приєднуватись до трубопроводу. Хоча бувають і комбіновані газові установки, що працюють як на природному, так і на скрапленому газі.

Газово-бензинові генератори також відрізняються типом двигуна: вони бувають поршневими та газотурбінними. Побутові випускаються з поршневими двигунами, а промислові можуть бути газотурбінними.

Рівень мінімальної витрати палива побутовими моделями можна порівняти з бензиновими генераторами. Він становить 0,4-4,5 л./год.

Генератори на газі мають багато переваг: дешевизна палива (відповідно, низька собівартість виробленої електрики), високий ККД (становить 30-40%), великий моторесурс (до 40000 годин), менша токсичність вихлопів. При підключенні до магістральної газопровідної лінії додається можливість тривалої безперервної роботи. Щоправда, у такому разі доведеться погоджувати підключення із газовою службою, а це додаткові витрати. До того ж, при перевищенні споживання понад 15 кубів на годину, проект можуть визнати не побутовим, а промисловим, що ще більше здорожчить підключення та експлуатацію.

До недоліків відносять високу вартість; підвищені вимоги до безпеки у зв'язку з тим, що газ є більш вибухонебезпечним, ніж бензин або дизель; особливі умови експлуатації (при роботі в холодну погоду газовий балон необхідно ставити в приміщенні, що опалюється, а при підключенні до магістральної газової системи необхідний дозвіл від газової служби).

Дизельні генератори

Ще одним видом палива є дизель. Відповідно, існують і дизельні генератори. Цікаво, що вони представлені лише чотиритактними моторами із синхронним перетворювачем (тому можуть оснащуватися автоматичним регулятором напруги).

На відміну від бензинових та інверторних дизельні моделі більш потужні, тому що вони стартують від 2,2 кВт і в їхньому асортименті присутні промислові моделі потужністю від 12-15 кВт. Таким чином, діапазон потужностей відрізняється. Це відображається на специфіці застосування – такі генератори використовуються для пунктів обігріву та зарядки, медичних закладів, супермаркетів, промислових цехів.

У порівнянні з бензиновими витрата палива менша — від 0,28 л./год. до 3 л./год. При цьому дизпаливо коштує дешевше, ніж бензин. Також у них немає свічок запалювання та карбюраторів, що спрощує обслуговування.

У дизельних генераторів багато переваг — менша вартість палива, менша витрата (порівняно з бензиновими), менша горючість порівняно з бензином, більший моторесурс (до 10000 мотогодин), більш просте обслуговування.

Незважаючи на такі переваги, дизельним генераторам притаманні недоліки: високий рівень шуму (86-92 дБ), складний запуск у морозну погоду (солярка загусне за мінусової температури, через що необхідна функція підігріву палива), а також висока вартість (на 30- 40% більше, ніж у бензинових). Крім того, вони важчі за бензинові аналогічної потужності.

Характеристики

Крім поділу за типом палива та кількістю фаз генератори розрізняються потужністю, часом автономної роботи, обсягом паливного бака та мінімальною витратою палива, типом охолодження, типом запуску, типом встановлення та пристосуваннями для транспортування, наявністю додаткових функцій та оснащення.

Під потужністю мають на увазі номінальна вихідна потужність. Це слід враховувати, оскільки деякі електроприлади при ввімкненні споживають підвищену потужність, яка може в 1,5-2,5 рази перевищувати номінальну. Тому якщо її не вистачить, спрацює захист і генератор вимкнеться. Через це недостатньо порахувати потужність усієї техніки, яку збираєтесь живити від автономного джерела електрики. Потрібно підрахувати максимальну потужність або додати запас 20-30%.

У генераторів можуть вказуватися дві потужності – номінальна (робоча) та максимальна. Основним режимом експлуатації є робота з номінальною потужністю. Вона обмежується лише необхідністю охолодити двигун або зробити заправку. Видача максимальної потужності доступна невеликий період часу — він різний у кожного виробника, але коливається в межах від кількох секунд до 20-30 хвилин.

Часто недобросовісні виробники завищують показники та вказують лише максимальну потужність.

Діапазон потужностей великий. Він варіюється від 0,8 до 13 кВт для побутових моделей, а промислові ще потужніші. Як правило, для приватних будинків та дач купують генератори потужністю 3 або 5 кВт.

Рекомендований час роботи у генераторів становить 5-8 годин. Він обмежений не лише необхідністю охолодження мотора та генератора, а й об’ємом бака або газового балона (для побутових моделей, що працюють на паливі з резервуару).

У специфікаціях вказується час безперервної роботи в межах від 6 до 14 годин. Хоча в деяких моделей цей показник дорівнює 24 годин.

Об'єм бака впливає на час безперервної роботи та частоту дозаправок. Він пов'язаний із потужністю та розмірами генераторної установки, проте в середньому становить від 2,4 до 60 л.

Мінімальна витрата палива у побутових інверторів варіюється в межах 0,28-4,9 л/год.

Охолодження двигуна буває двох видів: повітряне та водяне. У бензинових моделей зустрічається переважно повітряне, тоді як у газових воно може бути повітряним і водяним.

Тип запуску означає спосіб увімкнення генераторної установки. Розрізняють три види: ручний, електричний та автоматичний. Деякі моделі можуть запускатись декількома способами.

Залежно від встановлення розрізняють портативні (переносні, пересувні) та стаціонарні моделі. Переносні моделі можуть не мати додаткових пристосувань, чи ж можуть забезпечуватися ручками. Пересувні оснащують коліщатками з рукоятками або без них.

У ролі додаткового оснащення можуть виступати захисний кожух, дисплей, лічильник мотогодин, акумулятор, вольтметр, автоматичний регулятор напруги (AVR), функція автоматичного включення при відключенні мережі (ATS).