Электрические генераторы

Качество тока

Колебания силы и частоты тока есть и в обычной сети, но в электрогенераторе они являются нормой. Большая часть бытовых приборов не чувствительна к таким перепадам, но сложная техника наподобие ноутбука может пострадать от резких скачков напряжения.

Если планируете подпитывать от электрогенератора ноутбук или электропилу, то лучше купить инверторный генератор, способный производить чистый ток со стабильным напряжением. По сравнению с обычными бензиновыми они меньше по габаритам, имеют повышенную защиту от влаги и пыли и низкий уровень шума.

Инверторныйгенератор PATRIOT GP 3000i

Другим решением может быть стабилизатор напряжения, подключенный в цепь после электрогенератора и дающий на выходе стабильный ток

Но выбирать его нужно с большой осторожностью, внимательно следя за совместимостью моделей генератора и стабилизатора

Также инверторный агрегат заменяет обычный в сочетании с ИБП (источником бесперебойного питания). Эти два устройства «подстраховывают» друг друга: генератор подпитывает ИБП, а тот стабилизирует напряжение и частоту тока.

Но когда на такие тонкости нет времени, инверторный аппарат будет хорошим решением.  

Асинхронные генераторы

Вращение ротора в таких генераторах немного опережает по оборотам магнитное поле, которое создается статором. У таких электрогенераторов в комплекте идут роторы с двумя видами обмотки – короткозамкнутой и фазной. У асинхронного генератора принцип работы точно такой же, как и у его синхронного аналога – статор создает магнитное поле на вспомогательной обмотке, которое затем передается ротору и формирует на статорной обмотке ЭДС. Но разница заключается в том, что частота, с которой вращается магнитное поле, неизменна, то есть недопустима ее регулировка. Именно поэтому и частота электрического тока, который вырабатывается альтернатором, и напряжение, имеют прямую связь с числом оборотов ротора, которые в свою очередь зависят от стабильной работы приводного двигателя электрогенератора.

Асинхронные альтернаторы имеют высокую защиту от действий извне и довольно малочувствительны к коротким замыканиям, благодаря чему они отлично подходят для сварочных аппаратов. Данные генераторы также хорошо подходят для запитывания приборов, имеющих омическую (активную) нагрузку, которые преобразуют практически всю электроэнергию, поставляемую им, в работу – компьютеры, осветительные лампы, кухонные конфорки, нагреватели и т.п.

Высокая реактивная (стартовая) нагрузка, которая возникает при включении, например, насосного оборудования, длится около секунды, но при этом электрогенератор должен выдержать ее. А дело вот в чем – допустим, что вам необходимо сдвинуть с места тяжелую тележку, которая установлена на горизонтальной поверхности. Для того, чтобы сдвинуть тележку, необходимо приложить намного больше усилий, что нужно для того, чтобы поддерживать ее движение. Именно такая же ситуация возникает при запуске компрессора холодильника или сплит-системы, электродвигателей и любых насосов, поэтому справиться с ней под силу только синхронному электрогенератору.

Реактивные нагрузки в центральной электросети компенсируются при помощи дросселей или конденсаторов, а также с помощью специально повышенного сечения электрических кабелей и трансформаторов.

У асинхронного альтернатора есть существенный недостаток – от не способен выдерживать повышенные нагрузки. Но, не смотря на это, он проще по конструкции и дешевле, чем синхронный аналог. Помимо этого, асинхронные электрогенераторы имеют закрытую конструкцию, которая способна обеспечить им хорошую защиту от влаги и внешних загрязнений.

Производители

Среди основных брендов электрогенераторов числятся:

• Hyundai и Daewoo (Южная Корея);
• Huter, Brima и Fubag (Германия);
• Вепрь, Ударник и Inforce (Россия);
• DDE (США).

Российские электростанции от Вепрь и Inforce можно без преувеличения назвать оптимальными по качеству-цене. Также большой популярностью пользуются агрегаты от Hyundai и Brima.

Импортные генераторы дороже, но качество и бесперебойная работа гарантированы

При выборе надо сравнивать технические характеристики конкретных моделей нужной мощности. Все они находятся приблизительно в одном ценовом диапазоне. Однако у одних есть дополнительные опции, а у других нет. Одни шумят меньше, а другие более шумные. Этот момент надо максимально внимательно изучать, выбирая то, что требуется в зависимости от существующих потребностей по выдаваемому току и типу топлива.

Отечественные генераторы отличаются лучшим соотношением цены и качества

С первого взгляда сделать электропроводку в деревянном доме своими руками – более простая задача, нежели подобрать себе небольшую автономную электростанцию. Но здесь надо лишь раз разобраться в критериях выбора и четко понимать, что нужно. Дополнительно к генератору потом ничего кроме топлива покупать не придется. Это полностью готовая к эксплуатации техника.

В чем, собственно, разница и проблема

И бензиновые генераторы, и дизельные генераторы на рынке техники Украины представлены в достаточном количестве, как однофазные модели, так и станции на три фазы. Разница в подаче питания состоит вот в чем:

• Например, бензогенератор 220В, даже мощностью 1-20 кВт, запитает только однофазные электрические приборы.
• Трехфазный ген имеет преимущества. Он даст ток и тем, и другим: и оборудованию на 380 Вольт, и однофазным потребителям.

На панели 3-фазного агрегата всегда есть две розетки: одна на 380В/16Ампер, другая – на 220В/16 Ампер. То есть, вы можете подключить различное по фазности электрооборудование и получать нужный вам ток и необходимое напряжение. Казалось бы, никаких проблем – лучше купить именно такую резервную электростанцию и наслаждаться работающей техникой. Но, проблемы все-таки существуют, и их целых две.

Дело в том, что с питанием 3-фазных приборов действительно все будет в порядке: они получат свою мощность и свое напряжение. А вот с подачей резервного электричества к однофазным потребителям проявятся недостатки, которые именуют:

1. Разделение мощности.
2. Перекос фаз.

По первому вопросу нужно знать, что однофазные приборы получат от гена на 3 фазы только треть мощности. Объясняем просто и понятно: купив трехфазный генератор на 6 кВт, вы получите:

• При подключении трехфазного электрооборудования – 6 киловатт мощности.
• При подключения однофазного – только 2 киловатта.

Вот такой факт, и с ним нужно смириться. Поэтому нужную мощность следует рассчитать сразу, перед покупкой с учетом ее потери. Если ваш водяной насос на 1 кВт, то при запуске он требует 2 (умножаем на коэффициент пуска). Получается, что трехфазный ген на 5 кВт его не запустит, нужно не менее 6, да и то это будет предельная нагрузка.

Еще одна неприятная новость: электростанция даст вашей однофазной домашней технике всего 2 кВт, а бензина потянет, как на все 6.По поводу перекоса фаз, то тут тоже весьма проблематично и математически сложно. Оказывается, к каждой линии (фазе) нужно подключать однофазные приборы так, чтобы разница между нагрузкой по линиям составляла не более 10%. То есть, рассчитывайте подключение примерно одинаковое, иначе, питание заглохнет. Если включили электрочайник на 1,5 кВт, то на другую линию можно подключить что-то приблизительно с такой же мощностью , +- 15 кВт (от 1,35 кВт до 1,65 кВт мощности).

Получается, что генератор для дома на три фазы выгоден только, если у вас есть много приборов, желающих «закушать» 380 Вольт. А с однофазными нужно подключать продуманно и аккуратно, просчитывая мощность. Поэтому сфера применения трехфазной электростанции в большинстве случаев – стройки, цеха со станками, предприятия. В общем, те объекты, где есть мощное строительное или производственное оборудование на 380В.

Принцип работы любого электрического генератора

Принцип работы любого электрического генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция преобразовывает механическую энергию двигателя (вращение0 в энергию электрическую. Принцип магнитной индукции: если в однородном магнитном поле В равномерно вращается рамка, то в ней возникает, переменная Э.Д.С., частота которой равна частоте вращения рамки. Будем ли мы вращать рамку в магнитном поле, или магнитное поле вокруг рамки, либо магнитное поле внутри рамки, результат будет один — Э.Д.С., изменяющаяся по гармоническому закону.

Вот теперь и поговорим о асинхронном и синхронном генераторе более подробно.

Какой лучше выбрать генератор для дома с автозапуском или без?

Возможно здесь все однозначно. Если дома есть мужчина и нет желания переплачивать деньги, то можно взять бюджетный генератор с ручным запуском поставить обычный рубильник на два выхода. На этом все. Плюс такого подключения — экономия около 35-40 тыс. руб. Дешевле генератор, не нужен АВР.

Соответственно если дома жена, дети, а вы уезжаете из Подмосковья в Москву. То возможно лучше переплатить и сделать автоматический запуск при пропадании электроэнергии. Здесь потребуется генератор с электрическим стартером и плюс ко всему АВР (автоматический ввод резерва об этом устройстве подробнее в другой статье).

Как обычно все не так просто. Чтобы генератор запустился именно тогда, когда это нужно, необходимо следить за уровнем топлива. Если генератор простоит год или больше без единого запуска велика вероятность, что в момент острой необходимости он не заведется по команде контроллера. Плюс ко всему аккумуляторные батареи имеют свойство терять емкость со временем т.о. за из состоянием нужно смотреть.

Стоит упомянуть, что генератор до 5 кВт мощности (номинальной) заводятся ручным запуском относительно несложно, а вот большей мощности вам может не хватить духа и лучше иметь электрический стартер. Проверено на многих изделиях эмпирическим путем.

Бестопливные генераторы своими руками

Генератор Хендершота Акула

Генераторы, работающие по принципу использования свободной энергии, с давних пор привлекали внимание многих естествоиспытателей. Разработкой бестопливных устройств занимались еще Тесла и другие знаменитые ученые

К настоящему времени придумано множество схем, работающих на различных энергетических принципах. Перечень этих приборов:

• аппарат Хендершота;
• генераторы Романова, Тариеля Канападзе и Адамса;
• устройства Смита и Бедини.

Самостоятельную сборку такого генератора удобнее всего рассмотреть на примере макета Адамса.

Подготовительные операции

Схема генератора Адамса

Чтобы собрать устройство своими руками, потребуется подготовить множество исходных деталей:

• магниты;
• медные проводники;
• две катушки;
• листовая сталь (как средство для изготовления корпуса устройства);
• болты, шайбы и шурупы.

Магниты выбираются равными по величине и по возможности больших размеров. В этом случае индукционное поле получается мощнее, а энергии будет вырабатываться намного больше.

Медные проводники подбираются таким образом, чтобы их сечение составляло порядка 1,25 мм. На их основе наматываются две катушки, которые иногда берутся от старых двигателей подходящего размера. При самостоятельной намотке внимательно следят за тем, чтобы витки ложились ровно в ряд впритирку один к другому. Вспомогательные детали потребуются для крепежа отдельных элементов сборного устройства.

Сборка

Сборка бестопливного генератора

Порядок сборки самодельного генератора:

1. В магнитах просверливаются отверстия для крепления на катушках.
2. Они поочередно фиксируются на каркасах болтами.
3. Катушки с магнитами крепятся на заранее сваренной металлической раме таким образом, чтобы между их плоскостями оставался небольшой зазор.

Наличие зазора позволит магнитам свободно вращаться.

На этой стадии сборки агрегат уже готов к проверке. Для ее проведения достаточно вручную несколько раз провернуть магниты вокруг своей оси. При условии правильно собранной конструкции на концах закрепленных на раме обмоток появится напряжение.

Трехфазный и однофазный генератор

Некоторые люди убеждены, что однофазный генератор электроэнергии хуже, чем трехфазный. Логику тех, кто не разбирается в электричестве, легко понять – одна фаза меньше, чем три, поэтому и хуже. На самом деле выбирать между трех- и однофазным энергоснабжением необходимо исходя из нужд конечных потребителей.

Электрогенератор, который имеет три фазы, нужен не для того, чтобы питать три группы однофазных потребителей, а для того, чтобы питать трехфазные устройства.

Бывает так, что разводка трехфазного ввода в доме выполняется на однофазные группы, но это выгодно делать не жильцам, а электрикам, так как для этого нужна очень дорогая защита энергосистемы, а ее монтаж стоит очень дорого. Почти вся современная бытовая техника является однофазной, а трехфазными были старые модели электродвигателей и электрических плит.

У трехфазных электродвигателей есть один существенный недостаток – при мощности альтернатора, к примеру, 10 кВт, мощность каждой фазы будет 3,3 кВт. Среди фаз максимально возможное смещение мощностной нагрузки не может превышать 25% от номинала, который равен 1/3 общей мощности генератора. Исходя из этого, однофазный генератор, имеющий мощность 4,5 кВт, будет мощнее, чем трехфазный генератор на 10 кВт.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется несколько типов индукционных генераторов.

Они состоят из электромагнита или постоянного магнита, создающие магнитное поле, и обмотки, в которой индуцируется переменная ЭДС. Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу витков в ней. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока через каждый виток. Для получения большого магнитного потока в генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, — в пазах другого. Один из сердечников (обычно внутренний) вместе со своей обмоткой вращается вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Поэтому он называется ротором.

Неподвижный сердечник с его обмоткой называют статором. Зазор между сердечниками статора и ротора делают как можно меньшим. Этим обеспечивается наибольшее значение потока магнитной индукции. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится ЭДС, уложены в пазах статора и остаются неподвижными.

Подводить ток к ротору или отводить его из обмотки ротора во внешнюю цепь приходится при помощи скользящих контактов. Для этого ротор снабжается контактными кольцами, присоединенными к концам его обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки ротора с внешней цепью. Сила тока в обмотках электромагнита, создающего магнитное поле, значительно меньше силы тока, отдаваемого генератором во внешнюю цепь. Поэтому генерируемый ток удобнее снимать с неподвижных обмоток, а через скользящие контакты подводить сравнительно слабый ток к вращающемуся электромагниту. Этот ток вырабатывается отдельным генератором постоянного тока (возбудителем), расположенным на том же валу.

В маломощных генераторах магнитное поле создается вращающимся постоянным магнитом. В таком случае кольца и щетки вообще не нужны. Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного потока при вращении ротора.

Обмотки возбуждения синхронных генераторов бывают двух типов: с явнополюсными и неявнополюсными роторами. В генераторах с явнополюсными роторами полюса, несущие обмотки возбуждения, выступают из индуктора. Генераторы такого типа рассчитаны на сравнительно низкие частоты вращения, для работы с приводом от поршневых паровых машин, дизельных двигателей, гидротурбин. Паровые и газовые турбины используются для привода синхронных генераторов с неявнополюсными роторами. Ротор такого генератора представляет собой стальную поковку с фрезерованными продольными пазами для витков обмотки возбуждения, которые обычно выполняются в виде медных пластин. Витки закрепляются в пазах, а поверхность ротора шлифуется и полируется для снижения уровня шума и потерь мощности, связанных с сопротивлением воздуха.

Обмотки генераторов по большей части делают трехфазными — на выходных зажимах генератора вырабатываются три синусоидальных напряжения переменного тока, поочередно достигающих своего максимального амплитудного значения. В механике редко встречается подобное сочетание движущихся частей, которые могли бы порождать энергию столь же непрерывно и экономично.

Мощные синхронные генераторы охлаждаются водородом. Современный генератор электрического тока — это внушительное сооружение из медных проводов, изоляционных материалов и стальных конструкций. При размерах в несколько метров важнейшие детали генераторов изготовляются с точностью до миллиметра. 

Инверторный или обычный?

Ошибка №6
При наличии газового котла нужно покупать только инверторный генератор.

Якобы обычный выдает в сеть так называемый меандр, который противопоказан котлам.

На самом деле синусоиду, которая требуется котлу для нормальной работы, имеют практически все бензиновые генераторы, а не только дорогие инверторы.

Вот так выглядит синусоида от городской сети:

Вот так от обычного китайца Huter на 2,5кВа:

Конечно, не идеальная картинка, но все прекрасно работает:

А вот это недорогой китайский инвертор:

Та самая пилообразная форма, которой все пугают, как раз таки и наблюдается у ДЕШЕВЫХ инверторов.

Справедливости ради, вот это более качественный инвертор от Kipor:

Видео-пруф, где ребята заморочились и провели натурные испытания с осциллографом на разных видах генераторов (на холостом ходу + с нагрузкой):

https://youtube.com/watch?v=dtL5QfRjVIM%3F

И вообще, генератор для газового котла — это крайняя мера. В первую очередь в этом деле должен быть предусмотрен надежный ИБП с автономностью 6-8 часов.

Вдруг при отключении света вас не будет дома, а генератор не заведется или окажется без автозапуска.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА К СЕТИ

Подключение именно этого типа настоятельно рекомендуют специалисты, поскольку оно не только очень надёжно, но и обеспечивает необходимый комфорт.

Для тех, кто знает электротехнику на профессиональном уровне, такой способ подойдёт лучше всех остальных. Он подразумевает монтаж и использование щита автоматического ввода резерва (АВР). Как только отключается централизованное электроснабжение, контроллер или реле блока АВР без вмешательства человека запустит автономный источник и через некоторое время переведёт нагрузку на него (рис. 2).

Если же вы понимаете, что ваша квалификация недостаточно высока, то стоит ограничиться этапом подключения блока АВР, а к сборке этого щита привлечь профильную организацию. Это позволит обезопасить дом от неверных схемных решений. Например, отсутствие механической блокировки одновременного включения у пары контакторов может привести к параллельной работе генератора и сети, последствия чего будут плачевными как для техники, так и для здания.

Возможность присоединения через АВР есть у мини-электростанций, оснащённых электростартёром, который, получив сигнал от АВР, запустит генератор. Если же приобретённая модель автономного источника рассчитана только на ручной режим запуска, то АВР. конечно, переключит цепь потребителя на автономный источник и обратно при возобновлении централизованного электроснабжения. Но включать и выключать генератор придётся вручную. В данной ситуации целесообразнее ограничиться подключением генератора через трёхпозиционный выключатель-разъединитель.

История изобретения генератора электрического тока

Русский ученый Э.Х.Ленц еще в 1833г. указал на обратимость электрических машин: одна и та же машина может работать как электродвигатель, если ее питать током, и может служить генератором электрического тока, если ее ротор привести во вращение каким-либо двигателем, например паровой машиной. В 1838г. Ленц, один из членов комиссии по испытанию действия электрического мотора Якоби, на опыте доказал обратимость электрической машины.

Первый генератор электрического тока, основанный на явлении электромагнитной индукции, был построен в 1832г. парижскими техниками братьями Пиксин. Этим генератором трудно было пользоваться, так как приходилось вращать тяжелый постоянный магнит, чтобы в двух проволочных катушках, укрепленных неподвижно вблизи его полюсов, возникал переменный электрический ток. Генератор был снабжен устройством для выпрямления тока. Стремясь повысить мощность электрических машин, изобретатели увеличивали число магнитов и катушек. Одной из таких машин, построенной в 1843г., был генератор Эмиля Штерера. У этой машины было три сильных подвижных магнита и шесть катушек, вращавшихся от рук вокруг вертикальной оси. Таким образом, на первом этапе развития электромагнитных генераторов тока (до 1851г.) для получения магнитного поля применяли постоянные магниты. На втором этапе (1851-1867гг.) создавались генераторы, у которых для увеличения мощности постоянные магниты были заменены электромагнитами. Их обмотка питалась током от самостоятельного небольшого генератора тока с постоянными магнитами. Подобная машина была создана англичанином Генри Уальдом в 1863г.

При эксплуатации этой машины выяснилось, что генераторы, снабжая электроэнергией потребителя, могут одновременно питать током и собственные магниты. Оказалось, что сердечники электромагнитов сохраняют остаточный магнетизм после выключения тока. Благодаря этому генератор с самовозбуждением дает ток и тогда, когда его запускают из состояния покоя. В 1866-1867гг. ряд изобретателей получили патенты на машины с самовозбуждением.

В 1870г. бельгиец Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал генератор, получивший широкое применение в промышленности. В своей динамо-машине он использовал принцип самовозбуждения и усовершенствовал кольцевой якорь, изобретенный еще в 1860 г.А.Пачинотти.

В одной из первых машин Грамма кольцевой якорь, укрепленный на горизонтальном валу, вращался между полюсными наконечниками двух электромагнитов. Якорь приводился во вращение через приводной шкив, обмотки электромагнитов были включены последовательно с обмоткой якоря. Генератор Грамма давал постоянный ток, который отводится с помощью металлических щеток, скользивших по поверхности коллектора. На Венской международной выставке в 1873г. демонстрировались две одинаковые машины Грамма, соединенные проводами длиной 1 км. Одна из машин приводилась в движение от двигателя внутреннего сгорания и служила генератором электрической энергии. Вторая машина получала электрическую энергию по проводам от первой и, работая как двигатель, приводила в движение насос. Это была эффектная демонстрация обратимости электрических машин, открытой Ленцем, и демонстрация принципа передачи энергии на расстояние.

До того, как была открыта связь между электричеством и магнетизмом, использовались электростатические генераторы, которые работали на основе принципов электростатики. Они могли вырабатывать высокое напряжение, но имели маленький ток. Их работа была основана на использовании наэлектризованных ремней, пластин и дисков для переноса электрических зарядов с одного электрода на другой.

Заряды вырабатывались, используя один из двух механизмов:

• Электростатическую индукцию
• Трибоэлектрический эффект, при котором электрический заряд возникал из-за механического контакта двух диэлектриков

По причине низкой эффективности и сложностей с изоляцией машин, вырабатывающих высокие напряжения, электростатические генераторы имели низкую мощность и никогда не использовались для выработки электроэнергии в значимых для промышленности масштабах. Примерами доживших до наших дней машин подобного рода являются электрофорная машина и генератор Ван де Граафа.