Для чего нужны генераторы
Что такое генератор, для чего нужен генератор
Что такое генератор, для чего нужен генератор
В настоящее время человечество уже не представляет комфортной жизни без электричества. При этом люди настолько привыкли к этому, что даже не замечают данного блага. Однако нередко бывают ситуации, когда по каким-либо причинам электричество отсутствует (аварийная ситуация, невозможность подключения к электросетям и т.д.). В таких случаях и приходят на помощь генераторные установки и инверторные системы.
Генератор в частном доме
Что называют генератором
Генератором (от лат. «производитель») называется электромеханический прибор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток. Выработка электроэнергии и является основной задачей электрического генератора – источника бесперебойного питания (ИБП).
Что такое электрогенератор?
Примечание: Генераторная установка для домашнего использования представляет собой устройство, которое преобразует энергию сгорания топлива (дизельное топливо, бензин или газ) в электроэнергию.
Из чего состоит генератор
По сути, любой вид электрического генератора состоит из 2-х соединенных между собой основных частей:
Важно знать: Работа генераторных установок сопровождается шумом и выделением выхлопных газов. Поэтому для их установки требуется отдельное помещение, оборудованное специальной системой вентиляции.
Для чего нужен генератор?
ИБП необходим в следующих ситуациях:
Однако многие владельцы загородных и дачных домов приобретают электрический генератор даже при наличии центрального электроснабжения. Это является некоей «страховкой» от незапланированных отключений электроэнергии или аварийных ситуаций. Ведь внеплановое отключение электроэнергии может привести к печальным последствиям – замерзание системы отопления, порча автономной канализации и т.д.
Примечание: В случае аварии в условиях городской жизни период без света, как правило, длится недолго. Обратная ситуация может случиться за чертой города. Поэтому многие владельцы частных домов предпочитают иметь «запасной» вариант электроснабжения в виде электрогенератора. Также нередко можно встретить электрогенератор на производстве.
Виды генераторов
На сегодняшний день существует несколько видов электрических генераторов, которые отличаются друг от друга в зависимости от:
Чем отличаются генераторы?
Что подключать к генератору
Бензиновый генератор на колёсной паре
Примечание: Таким образом, при выборе электрического генератора для домашнего использования важно обращать внимание на ряд критериев (Какой генератор выбрать, ТОП генераторов).
Чем заменить генератор?
Бензиновый и дизель генераторы можно заменить инверторной системой. Такая система обеспечивает бесперебойное электроснабжение, но при этом имеет ряд преимуществ:
Стоимость инверторных систем значительно выше генераторных установок. Однако в процессе использования для генератора требуются дополнительные расходы.
Что такое инверторная система?
Важно! Самое главное преимущество инверторной системы в том, что в случае падения напряжения во время перехода на резервное питание, в отличие от генераторных установок, переключение происходит автоматически мгновенно и не отражается на работе электроприборов.
Генераторы: как они устроены, и как их ремонтируют
Уважительное «геннадий» или панибратское «гена» неспроста написаны с маленькой буквы! Это не имя автослесаря, а шутливо-жаргонное прозвище электрогенератора – одного из важнейших узлов автомобиля, практически не изменившего свою конструкцию за несколько десятилетий. Давайте познакомимся с «геннадием» поближе, изучив его сильные и слабые стороны и поняв, с каких фронтов можно ждать сюрпризов по электрической части автомобиля.
«Дитя света»
А втомобильный генератор в современном понимании порожден любовью человечества к электрическому свету. Машины эпохи зари автомобилизма имели лишь простейший узел под названием «магнето» – миниатюрный генератор, совмещенный с прерывателем зажигания, интегрированный в корпус двигателя и выдающий исключительно высоковольтные импульсы для работы свечей. Ни лампу, ни какой-то иной потребитель электроэнергии к магнето подключить было нельзя, поэтому машины XIX века освещали дорогу карбидными лампами, в которых горел ацетилен – от двигателя внутреннего сгорания помощи ждать не приходилось.
Однако достаточно скоро стало очевидно, что двигатель автомобиля должен порождать больше электричества: не только для собственной работы, но и для работы внешних потребителей – фар, клаксона, измерительных приборов передней панели, зарядки батареи и тому подобного. Поэтому рядом с высоковольтной «искровой» обмоткой магнето появилась дополнительная обмотка – низковольтная, дающая бортовое напряжение. МАГнето + ДИНамО-машина = магдино. Так стали называться первые генераторы.
Но поскольку магнето и магдино традиционно встраиваются непосредственно в двигатель, мощность их ограничена небольшими габаритами. И как только стало ясно, что рост мощности генераторов неизбежен, «гена» стал внешним – он переехал на кронштейн на блоке цилиндров и вращение стал получать от внешней передачи – ременной, а иногда цепной или шестеренчатой.
Первые генераторы вырабатывали постоянный ток, однако после развития в середине ХХ века полупроводниковой промышленности и появления мощных выпрямительных диодов генераторы стали производить переменный ток, который затем выпрямлялся до постоянного диодными мостами. Смена типа тока позволила скачкообразно в несколько раз и понизить габариты и массу генераторов, и поднять их мощность.
Собственно, современный генератор практически идентичен тому, что стоял на машинах, разработанных и 10, и 20, и 30, и более лет тому назад. Двигатели и КПП год за годом усложняются, а едва ли не главный внешний электроагрегат остается практически неизменным. Его конструкция неидеальна, но являет собой золотой баланс свойств и стоимости. Появляются, правда, дополнительные узлы и усовершенствования – например, вместо элементарного шкива для ремня на генератор может устанавливаться обгонная муфта, как в стартерном бендиксе, или в обмотке статора увеличивается количество катушек и усложняется диодный мост, но большинство генераторов все же по-прежнему обходятся классической конструкцией.
Как устроен генератор
Две половинки корпуса, отлитые из алюминия, образуют «бочонок» и стянуты друг с другом болтами. Внутри «бочонка» расположена кольцевая обмотка – катушка статора, с которой мы снимаем переменное напряжение. Снаружи к этой обмотке подключен диодный мост, прикрытый пластиковой защитной полукрышкой и делающий из переменного напряжения постоянное. Через корпус генератора проходит ось – вал, вращающийся на двух подшипниках и приводимый в движение за шкив ремнем от коленвала двигателя.
На валу генератора установлен и вращается вместе с ним ротор с катушкой внутри – электромагнит. Через пару скользящих контактов и угольные щетки на него подает управляющий ток регулятор напряжения, следящий за тем, чтобы генератор выдавал на выходе 14 вольт – без регулятора величина напряжения будет зависеть от оборотов и способна достичь нескольких десятков вольт, опасных для 12-вольтового автомобильного электрооборудования.
Неисправности генератора
Генератор на большинстве машин достаточно прост по конструкции, и благодаря этому количество разновидностей его неисправностей невелико, а диагностика несложна. «Плавающих» проблем, которые затруднительно выловить и локализовать, в нем практически никогда не бывает.
Самые слабые узлы генератора – не механические, а электронные: это диодный мост, состоящий из шести мощных диодов, объединенных в три группы на алюминиевой пластине-радиаторе, и регулятор напряжения. Выходят из строя они из-за перегрузки (из-за систематической работы с перегрузкой от нештатных потребителей тока, если прикуривать чужую машину, не заглушив свой двигатель, или из-за короткого замыкания в банках аккумулятора), из-за появления микротрещин от постоянной смены подкапотной температуры в широких пределах и проникновения в трещины влаги, а также иногда и вовсе без видимых причин – с электроникой это случается… В регуляторе напряжения еще вдобавок со временем стачиваются графитовые щетки. При этом и диодный мост, и регулятор напряжения в сборе со щетками могут быть заменены на новые.
На втором месте по выходу из строя – подшипники. Их в генераторе два — более мощный и массивный передний, а также задний – меньших габаритов. Страдает чаще всего передний, поскольку на него приходятся и нагрузка от туго натянутого ремня, и проникновение пыли и влаги извне. Подшипники проявляют себя гулом и визгом, который исчезает, если завести мотор при снятом ремне генератора. Они также могут быть заменены новыми.
На третьем месте – более неприятные неисправности, хотя и, к счастью, более редкие. Могут сточиться до основания два медных колечка на валу – контакты для питания обмотки ротора, по которым скользят графитовые щетки регулятора напряжения. Колечки эти достаточно долговечны, поскольку пружины щеток слабенькие, но, отработав несколько комплектов щеток, кольца с годами могут прийти в негодность. В качестве запчастей встречаются не всегда, и для конкретной модели генератора их можно не найти… Если же купить удалось, то снимаются с вала они единым блоком (залиты в пластик), и одним блоком же ставятся новые.
Еще от старости может произойти разрушение изоляции проводов обмотки статора и возникнуть короткое замыкание между витками. Как правило, такое ремонтировать невыгодно, хотя в принципе перемотка возможна. Неисправности типа разрушения корпуса рассматривать, наверное, не стоит, хотя и они, безусловно, случаются, и, как ни странно, некоторые отечественные производители генераторов поставляют в розничную продажу половинки «бочонка».
Ремонт генератора
Теперь рассмотрим ремонт генератора на живом примере. Автомобиль ВАЗ-2115 приехал на сервис с проблемой отсутствия зарядки аккумулятора. Электрик, к его чести, не приговорил, не глядя (как это часто делается), диодный мост и регулятор скопом, а сперва проверил проводку к генератору, затем (не снимая генератор с машины) извлек из него регулятор напряжения и проверил его при помощи внешнего источника напряжения 15-16 вольт и нагрузочной лампы, сымитировав штатную работу – регулятор оказался исправен. Целыми оказались и щетки регулятора, контактные кольца на валу и обмотка ротора. После этого мастер посветил фонариком на диодный мост, увидел обугленный диод, сделал вывод о неисправности моста… и предложил полную замену генератора!
Почему? Все просто: на наш генератор, рожденный Ржевским заводом автотракторного электрооборудования ЭЛТРА, модели 5102.3771, устанавливается 80-амперный диодный мост МП13-80-3-2, который стоит в магазине… 909 рублей, и меняется он не так, как, скажем на старой-доброй «девятке», где это делалось при помощи отвертки и без снятия генератора с машины. В нашем случае мост меняется с использованием мощного паяльника, и генератор для этого, по-хорошему, должен лечь на верстак. Это изрядная возня, требующая к тому же определенной аккуратности. Мастер не захотел связываться с этим менее, чем за 2 000 рублей, и намекнул владельцу, что стоимость запчасти и ремонта почти в 3 000 рублей на генератор 2006 года выпуска выглядят бледно на фоне цены нового генератора в сборе в 4 450 рублей. Иначе говоря, можно за 3 000 починить, а можно за дополнительные 1 500 рублей к цене ремонта получить нового «гену» на гарантии, с новыми подшипниками, обмотками, гарантированно лишенными усталостных трещин лака, и так далее. Владелец согласился с такими доводами, и генератор был заменен на новый.
Вот такой неожиданный исход… Мы хотели понаблюдать за недорогим восстановительным ремонтом, а столкнулись с крупноузловой дорогостоящей заменой. Впрочем, ремонт уже завершен, машина восстановила подвижность и уехала, и у нас появилась возможность в спокойной обстановке внимательно взглянуть на генератор изнутри, изучить конструкцию и разобраться, прав ли был мастер. Более того, нам никто не запрещает починить его самостоятельно.
Генератор изнутри
Разборку генератора начинаем со снятия шкива с вала: 6-ручьевой шкив под поликлиновый ремень аккуратно зажимаем в тисках через алюминиевые прокладки и откручиваем гайку пневмогайковертом. Легкие следы замятия на шкиве не страшны, если они контролируемы и прогнозируемы – ни канавки, ни кромки не деформированы.
На валу виден паз под шпонку, однако шпонки самой нет, как нет и паза для нее в шкиве. На данном генераторе шкив крепится трением – затяжкой гайки с гровером с упором во внутреннее кольцо подшипника, а через него – в ротор.
Снимаем пластиковую «полукрышку», под которой прячутся диодный мост и регулятор напряжения. Видим, что мост неисправен – пробит как минимум один диод из шести. Это заметно даже без проверки тестером – видно, что диод обуглен.
Регулятор напряжения снимается легко – откручиванием двух гаек М8. Электрически его уже проверяли, визуально тоже видно, что щетки изношены незначительно. Продуваем, вытираем и откладываем в сторону.
Как выбрать электрогенератор
Электричество настолько плотно вошло в нашу жизнь, что мы пользуемся им, практически его не замечая. Степень нашей зависимости от электричества становится заметна, только когда его нет. И тут-то выясняется, что жить без электричества еще можно, а вот жить комфортно – уже нет. В городах отключения электричества редки и кратковременны, поэтому почувствовать все прелести жизни в доиндустриальной эпохе не получится. А вот за городом без электрогенератора порой не обойтись:
— Для строительных работах на участках без электричества приобретение генератора будет намного выгоднее, чем покупка комплекта аккумуляторного инструмента.
— Электрогенератор поможет с ремонтом автомобиля, если в гараже нет электричества.
— Электрогенератор позволит обеспечить привычный уровень комфорта при выезде не природу или на дачу в «глухом углу» без электричества.
— И наконец, электрогенератор может буквально спасти владельца загородного дома от замерзания системы отопления в зимнее время при продолжительном отключении электричества. Да и летом не помешает – насос-то в скважине тоже от электричества работает.
Последний довод на сегодняшний день является самой распространенной причиной покупки электрогенератора. Именно развитие частного домостроения вызвало настоящий бум на рынке электрогенераторов, приведший к сегодняшнему их изобилию. И это неудивительно: потребности у всех покупателей генераторов разные: кто-то хочет запитать от генератора только печку, кто-то – добавить еще насос и холодильник, кому-то генератор нужен для работы включения мощного электроинструмента. Генераторы во всех этих случаях потребуются разные, и внимание следует обратить не только на мощность, но и на остальные характеристики.
Характеристики электрогенераторов
Выходная мощность определяет и возможности генератора (сколько он «потянет» электротехники), и его вес, и его цену.
Поэтому оптимальный метод подбора мощности заключается в том, чтобы определить, какой из реактивных потребителей имеет максимальную пиковую мощность, затем сложить её с мощностью постоянно работающих активных нагрузок. При определении потребителя с максимальной пиковой мощностью, следует уточнить его пусковой коэффициент в руководстве по эксплуатации (если он там есть) – приведенное в таблице значение может сильно отличаться от реального для конкретной модели.
Так, в вышеприведенном примере максимальную мощность потребляет во время пуска погружной насос с 750*7=5250 Вт пиковой мощности. Если принять, что этим насосом является Grundfos SP 1A-28, то согласно руководству, его множитель пускового тока составляет не 7, а всего 3,6. Таким образом, пиковая мощность насоса будет 750*3,6=2700 Вт. Максимальная возможная активная нагрузка в момент включения насоса будет равна 1820 Вт (электронагреватель + холодильник + два насоса). Добавив 2700, получаем 4520 Вт.
Причем полученное значение мощности потребуется только для пуска насоса, постоянная нагрузка на генератор будет меньше, поэтому подбираем генератор не с номинальной, а с максимальной выходной мощностью, соответствующей полученному числу. Максимальная выходная мощность – это мощность, которую генератор способен кратковременно выдать без вреда для себя. В данном случае именно это и надо.
Так что генератор с номинальной мощностью в 4 кВт и максимальной – в 4,5 кВт для приведенного примера вполне подойдет, и будет стоить в 5-10 раз дешевле ранее «подобранного» 10-киловаттного.
Единственная особенность, которую следует учесть при таком способе подбора мощности генератора, это то, что потребители к нему следует подключать постепенно. Ни в коем случае нельзя подключать генератор к сети электропитания дома с включенными электроприборами так, что они получат питание одновременно – это может привести к выходу генератора из строя, особенно, если у него нет защиты от перегрузок.
Вид генератора.
Асинхронный генератор имеет максимально простую конструкцию, его ротор не содержит обмоток (только постоянные магниты), щеточный узел отсутствует. Такой генератор проще в обслуживании, дешевле, легче, меньше подвержен действию пыли и влаги. Еще одно немаловажное достоинство асинхронного генератора заключается в том, что он не боится высоких токов – вплоть до короткого замыкания. Это позволяет использовать генератор для подключения сварочных аппаратов.
Главный недостаток асинхронного генератора – параметры генерируемого им напряжения зависят от нагрузки. Поэтому асинхронные генераторы не рекомендуется использовать для снабжения электроэнергией потребителей, требовательных к её качеству (стабильности частоты и напряжения, формы синусоиды сигнала) – газовых котлов, холодильников, ИБП, циркуляционных и скважинных насосов. Зато невосприимчивость к высоким токам позволяет подключать к асинхронному генератору мощный строительный инструмент, часто работающий с перегрузками.
Синхронный генератор имеет обмотку возбуждения на роторе, запитываемую через щеточный узел. Частота переменного напряжения на выходе синхронного генератора зависит только от частоты вращения ротора и остается постоянной при изменении нагрузки. Это позволяет использовать синхронный генератор для подключения бытовой техники, требовательной к качеству электропитания.
Недостатком синхронного генератора является то, что для поддержания частоты напряжения, двигатель должен вращаться с постоянной скоростью независимо от снимаемой с генератора мощности. Это сильно снижает КПД генератора при падении нагрузки. Для стабильной производительной работы синхронный генератор должен быть постоянно нагружен на 50-80% номинала.
Инверторный генератор может иметь в основе как асинхронный, так и синхронный генератор. Но в отличие от «чистых» синхронных и асинхронных, в инверторном генераторе выходное напряжение сначала выпрямляется, затем преобразуется в переменное с помощью электронной схемы – инвертора.
Это позволяет добиться высокой стабильности частоты и напряжения электропитания без поддержания постоянных оборотов двигателя. Инверторные генераторы допускают работу с малой нагрузкой (расход при этом у них будет намного меньше, чем у синхронных). Однако при номинальной нагрузке КПД инверторных генераторов ниже, чем синхронных.
Часто можно услышать утверждение, что только инверторные генераторы способны обеспечить идеальную форму выходного сигнала при любых условиях работы. И что поэтому газовый котел можно запитать только от инверторного генератора. Это не всегда верно – да, инверторный генератор лучше чем любой другой выдерживает частоту и напряжение при изменениях нагрузки.
Но вот форма сигнала (синусоида) на недорогих инверторных преобразователях изначально далека от идеала. В целях снижения цены сглаживающий фильтр на выходе генератора производитель не ставит, и к потребителю вместо синусоиды идет «лесенка».
Вред такого сигнала неоднозначен – большинство бытовой техники разницы «не заметит», но некоторые электронные приборы (измерительные приборы, газовые котлы, аудио- и видеотехника) могут начать сбоить или вообще откажутся работать.
Хороший инверторный генератор, обеспечивающий «чистую» синусоиду выходного напряжения, будет стоить намного дороже синхронного.
Так что котел можно запитывать не только от инверторного генератора – синхронный генератор скорее даст «чистую» синусоиду, чем дешевый инверторный. И вообще, большинство проблем при подключении котла к генератору возникает не из-за формы сигнала, а из-за незаземленной нейтрали генератора, приводящей к отсутствию «нулевого» провода питания. Для правильной работы схем контроля пламени газовых котлов, на одном проводе питания должна быть фаза 220В, а на другом – 0. Чтобы получить такое питание от однофазного генератора (у которого на каждом из двух выходов по фазе), достаточно заземлить один выходной провод (любой).
Стабилизация напряжения применяется для поддержания параметров электропитания при изменении нагрузки.
Большинство современных синхронных генераторов снабжено AVR – автоматическим регулятором напряжения. Электронная схема AVR контролирует выходное напряжение, и, при его изменении, увеличивает или уменьшает ток обмотки возбуждения. Это позволяет поддерживать выходное напряжение в пределах 220+5% при любых нагрузках.
Асинхронные генераторы стабилизируются с помощью шунтирующих и компаундирующих конденсаторов, помогающих поддержать напряжение при кратковременных его перепадах. Но с сильными и продолжительными перепадами такой стабилизатор не справляется.
Инверторные генераторы в стабилизаторе напряжения не нуждаются – оно и так будет стабильным при любой нагрузке.
Напряжение. Генераторы могут быть как однофазными – для подключения бытовой техники на 220В (230В), так и трехфазными – для подключения более мощной техники на 380В (400В). К трехфазному генератору можно подключить однофазный электроприбор (на нем, как правило, есть отдельные розетки 220В), наоборот – нельзя. Трехфазные генераторы предоставляют больше возможностей, но и стоят дороже.
Многие генераторы также имеют дополнительный выход 12В постоянного тока – такие модели можно использовать для подзарядки автомобильного аккумулятора.
Цикл двигателя. Двухтактные двигатели легче и дешевле четырехтактных, но для заправки большинства из них требуется готовить топливную смесь (добавлять в топливо определенное количество масла). Кроме того, двухтактные двигатели имеют значительно меньший моторесурс – 500-700 часов.
Для резервного генератора, включающегося несколько раз в год, это не критично, но, если генератор приобретается для постоянной работы, лучше выбирать среди четырехтактных. Кроме на порядок большего моторесурса, четырехтактные двигатели отличаются экономичностью и меньшим уровнем шума.
Запуск. Большинство генераторов оборудовано веревочным стартером для ручного пуска двигателя. Наличие электростартера (электрического пуска) может заметно облегчить работу с генератором, но имейте в виду, что электростартер заметно увеличивает цену и вес генератора. Если генератор приобретается для эпизодического использования, то лучше остановиться на модели с ручным пуском – за месяцы простоя аккумулятор, скорее всего, разрядится, и пускать генератор все равно придется вручную.
Электрический пуск аварийных генераторов действительно необходим только в том случае, если предполагается пуск генератора при пропадании сетевого электропитания – установка АВР (автомата пуска резерва) позволит таким генераторам запускаться автоматически. Некоторые генераторы уже снабжены автоматическим пуском.
Вид топлива. Для большинства задач бензиновые генераторы предпочтительнее в силу невысокой цены и небольшого веса. Но если запускать генератор планируется часто и подолгу, то цена топлива становится немаловажным критерием – в этом случае имеет смысл обратить вимание на гибридные газобензиновые генераторы – хоть они и дороже бензиновых, но эта разница быстро окупится за счет меньшей цены газа.
Дизельные двигатели экономичнее бензиновых и имеют больший ресурс. Но весят они намного больше, поэтому дизельным двигателем обычно комплектуются мощные генераторы, предназначенные для продолжительной работы на одном месте.
Варианты выбора генераторов
Инверторный генератор небольшой мощности позволит не чувствовать себя оторванным от цивилизации во время выездов за город – с его помощью можно организовать освещение, подзарядить ноутбук или аккумулятор автомобиля.
Для аварийного питания самой необходимой электротехники будет достаточно недорогого синхронного генератора мощностью 2-4 кВт – этого хватит, чтобы «поддержать на плаву» отопление и водоснабжение частного дома при отключении электроэнергии.
Если вам нужен генератор, чтобы обеспечить питанием электроинструмент на площадках без подведенного электричества, выбирайте среди моделей мощностью 4-6 кВт. Этого хватит, чтобы обеспечить пуск большинства видов ручного электроинструмента.
Генератор мощностью в 7-10 кВт способен полностью обеспечить электричеством большой частный дом.
Гибридные газо-бензиновые генераторы позволяют в разы снизить цену киловатт-часа – при частом использовании генератора это дает значительную экономию.