+35

Вот и получается, что очень разные люди для со­вершенно разных целей рано или поздно решаются приобрести свою собственную автономную «электро­розетку». Именно так нужно воспринимать современ­ную, компактную, экономичную и тихую бензиновую (дизельную) мини-электростанцию.

СТРАТЕГИЯ ВЫБОРА

При выборе генератора каждый руковод­ствуется своими личными предпочтениями. Кому-то подавай мобильность и малый вес, другому необхо­димы возможность автоматизации и длительной работы, а иной хочет то и другое сразу да еще чтобы дешево. Но в любом случае приходится, так или иначе, решать задачу выбора агрегата соответствующей мощности. Для начала попробуем выяснить, что же это такое - «мощность электрического тока»?

Как рассчитать мощность генератора?

Возьмем, к примеру, 2-киловаттный двигатель, 1-киловаттный пылесос и 300-ваттную моро­зильную камеру. Что объединяет столь разные нагруз­ки? Оказывается, чтобы «запитать» каждую из них, не­обходим генератор мощностью как минимум 3 кВА.

Возникает два резонных вопроса. Первый: почему одна и та же величина (мощность) указывается в раз­ных единицах измерения (соответственно кВт и кВА). И второй: почему потребителей электрической энер­гии (у нас это обогреватель, пылесос и морозильник) нельзя «стричь под одну гребенку»?

Что такое коэффициент мощности?

Допустим, электростанция вырабатывает 3 кВА и имеет коэффициент мощности (так называемый cosФ) 0,8. В этом случае мы можем реально 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 одно и то же значение мощности. На­пример, приводят сразу две величины (3000 ВА при соsФ=0,8 и 2400 ВА при cosФ=1) либо только одну (2400 ВА при cosФ=1), избавляя покупателя от необ­ходимости самостоятельно выполнять арифметиче­ские вычисления. К сожалению, некоторые продавцы не указывают cosФ по другим причинам, стараясь вы­дать электростанцию за более мощную.

Какие бывают нагрузки?

Теперь ответим на второй вопрос. Начнем с пыле­соса: почему применительно к нему нельзя полностью реализовать мощность генератора?

Немного «ликбеза»: активные (омические) на­грузки - те, у которых вся потребляемая энергия пре­образуется в тепло. Примеры: лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т.п.

Все остальные нагрузки - реактивные. Они, в свою очередь, подразделяются на индуктивные и ем­костные. Простейший пример первых - катушка, вто­рых - конденсатор. У реактивных потребителей энер­гия превращается не только в тепло - часть ее расходу­ется на другие цели, например, на образование элект­ромагнитных полей.

Электрическое сопротивление пылесоса имеет ре­активную составляющую, причем индуктивного хара­ктера. Главный «виновник» этого - электромотор с его обмотками, которые добавляют к разности фаз гене­ратора (альтернатора) электростанции собственную разность фаз того же знака (направления). В результа­те приходится применять еще один - поправочный - коэффициент мощности, характеризующий теперь уже потребителя энергии.

С учетом сказанного посчитаем, пылесос какой мощности сможет «запитать» станция. Для типично­го пылесоса соsФ составляет где-то 0,5. Итак: 3 кВАх0,8x0,5 = 1,2 кВт.

Обогреватель же реактивностью не обладает (соsФ=1), поэтому станции вполне «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 мотора необходим такой колоссальный за­пас мощности? Оказывается, что в момент включения двигатель морозилки потребляет гораздо больше энергии, чем в процессе работы. Во-первых, он дол­жен выйти на рабочие обороты, а во-вторых, сразу приступить к перекачке хладагента. И если вентилятор пылесоса можно сравнить с лодкой на воде, то ком­прессор морозильника - с той же лодкой на суше: в первом случае сопротивление движению при раз­гоне плавно нарастает, а во втором - максимально ве­лико с самого начала.

А что будет, если, невзирая на расчеты и рекомен­дации, подключить 300-ваттный холодильник к стан­ции мощностью 1 кВА? Ситуация может развиваться по-разному. Если генератор не оборудован специаль­ными системами, повышающими пусковые токи, то он попросту отключится (сработает предохранительный автомат). Чтобы этого не происходило, некоторые го­ре-умельцы «модернизируют» электростанцию, от­ключая или блокируя вышеупомянутое защитное уст­ройство. После такой переделки обязательно что-ни­будь «сгорает»: или сам агрегат, или электромотор, так и не сумевший выйти на рабочие обороты.

При более деликатном подходе проблему высо­ких стартовых токов удается решить «бескровно». Наиболее простой путь - изменить предохранитель­ный автомат таким образом, чтобы его срабатывание зависело не только от величины, но и от продолжи­тельности перегрузки. Подобные устройства (они бывают как механические, так и электронные) позволяют! некоторое время выдавать очень большой ток, но всегда вовремя его отключают, если задача оказывается невыполнимой.

Встречаются и более «продвинутые» стартовые усилители, запасающие энергию и выдающие ее при | необходимости. Знать обо всех этих тонкостях, конечно, необязательно, а вот поинтересоваться о предельных возможностях приглянувшегося агрегата стоит.

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

ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Электрогенератор, или альтернатор, как его часто называют специалисты, преобразует механическую энергию вращения вала двигателя в электрическую энергию переменного тока. В зависимости от его типа и конструкции электростанция лучше подходит для решения тех или иных задач.

Синхронный или асинхронный? Для возбуждения ЭДС (электродвижущей силы) в обмотках статора (неподвижная часть генератора) нужно создать переменное магнитное поле. Это дос­тигается вращением намагниченного ротора (другое его название - якорь). Для «намагничивания» исполь­зуют разные приемы.

Так, у синхронного генератора на якоре имеются 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 прекрасно исполняет простейшая электрическая схема с обратной связью по току и напряжению. Благодаря этому способность синхронного альтернатора «проглатывать» кратко­временные перегрузки очень высока и ограничена лишь омическим (активным) сопротивлением его об­моток.

Однако у такой схемы есть и недостатки. Прежде всего, ток приходится подавать на вращающийся ро­тор, для чего традиционно используют щеточный узел. Работая с довольно большими (особенно во время перегрузок) токами, щетки перегреваются и частично «выгорают». Это приводит к плохому их прилеганию к коллектору, к повышению омического сопротивления и к дальнейшему перегреву узла. Кроме того, подвиж­ный контакт неизбежно искрит, а значит, становится источником радиопомех.

Чтобы избежать преждевременного износа, реко­мендуется время от времени контролировать состоя­ние щеточного узла и при необходимости очищать ли­бо менять щетки. Кстати, после их замены желательно дать им время «приработаться» к коллектору, а уж за­тем нагружать станцию «по полной программе».

Многие самые современные синхронные генера­торы снабжены бесщеточными системами возбужде­ния тока на катушках ротора (их еще называют brash-less). Они лишены вышеуказанных недостатков, а по­тому предпочтительнее.

Асинхронный генератор вообще не имеет обмо­ток на роторе. Для возбуждения ЭДС в его выходной цепи используют остаточную намагниченность якоря. Конструктивно такой альтернатор намного проще, на­дежнее и долговечнее. Кроме того, поскольку обмот­ки ротора охлаждать не нужно (их просто нет), корпус асинхронного генератора можно сделать закрытым, и тем самым практически исключить попадание внутрь пыли и влаги.

К сожалению, асинхронники тоже не лишены не­достатков. Стабильность напряжения на выходе у них обычно хуже, чем у синхронников. Да и способность к пусковым перегрузкам оставляет желать лучшего: при достижении некоторого критического значения тока в обмотках статора ротор попросту размагничи­вается. Впрочем, намагнитить его не сложно - доста­точно подать на определенные входы указанное в ин­струкции напряжение

Конденсаторная система стабилизации

Перечисленные «асинхронные» проблемы частично решают путем оснащения станций регулятором напряжения и стартовым усилителем. Однако все эти вороты» лишают агрегат его главного достоинства-простоты.

Сколько же в нем фаз?

Действительно, зачем нужны непонятные три фазы, когда и с одной-то не разберешься? Но в том-то и дело, что без них - никуда. Начнем с того, что трехфазная схема подключения позволяет передавать энергию трех однофазных источников всего по трем проводам (в случае однофазной схемы потребовалось бы лить по два провода на каждый такой источник). В итоге при равной выходной мощности трехфазный альтернатор компактнее, легче и имеет больший КПД. К тому же он более универсален - на выходе дает как бытовые 220 вольт, так и промышленные 380. Но имейте в виду: полноценно работать на одио­зную нагрузку трехфазный альтернатор может только при правильном подключении.

ДВИГАТЕЛЬ

Даже самый распрекрасный альтернатор не выдаст и ватта мощности, если его не будет вращать двигатель. Какие они бывают и чем различаются?

Бензиновые моторы

Обычно на станциях малой и средней мощности применяются карбюраторные, или, как их еще часто называют, бензиновые моторы (совсем правильный термин - «двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием»). Как явствует из названия, топлив­ом для них служит бензин. Сгорая, он отдает часть своей энергии поршню, совершая полезную работу, а все, что осталось, тратит на нагрев атмосферы и деталей мотора. Разумеется, чем больше джоулей идет в полезное дело, тем лучше. Повышение КПД - сложная техническая задача, для решения которой прибегают к разным приемам.

Достичь качественного скачка в борьбе за снижение расхода топлива удалось при переходе к верхнеклапанной компоновке двигателя. Одна из таких схем с распределительным валом в картере и штанговым приводом получила в последние годы наибольшее распространение и обозначается «OHV». Ее внедрение позволило уменьшить площадь поверхности камеры сгорания, а, следовательно, уменьшить нагрев деталей мотора. Кроме того, появилась возможность повысить степень сжатия (с 5-6 до 7-9 единиц) при использовании бензина прежней марки, что привело к еще большему повышению эффективности. К сожалению, дальнейшее повышение КПД бензинового двигателя за счет увеличения степени сжатия нецелесообразно - это потребует значительного увеличения октанового числа топлива (а значит, и его стоимости). В противном случае горючая смесь, детонировав, будет сгорать раньше времени, толкая поршень против его движения. Для следующего качест­венного шага необходимо кардинально улучшить сам процесс смесеобразования, то есть отказаться от кар­бюратора в пользу систем впрыска с электронным уп­равлением. А цена самой простой из них вплотную приближается к стоимости недорогого мотора вместе с его карбюратором.

Дизельные моторы

Дизель обладает недостижимо низким для бензи­нового мотора расходом топлива. У него степень сжа­тия ограничена, главным образом, прочностью и тер­мостойкостью деталей поршневой и кривошипно-шатунной группы. Для нормальной работы в жестких ре­жимах их приходится делать очень прочными, то есть тяжелыми. Как следствие, при высоких оборотах вала они изнашиваются быстрее, чем более легкие детали карбюраторного двигателя. Вышесказанное никоим образом не означает того, что дизель менее долгове­чен (здесь самое время вспомнить о высоком запасе прочности), а лишь поясняет причину, по которой он «предпочитает» пониженные обороты.

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

Кратко подытожить проблему выбора типа сило­вой установки можно так:

• Любой дизель экономичнее бензинового мотора и к своей «кончине» обычно успевает окупить разницу в цене.

• «Тихоходный» (1500 об./мин.) дизель превосхо­дит бензиновый мотор по ресурсу примерно в 4-5 раз, а по весу - в 2-3 раза. «Быстроходный» (3000 об./мин.) по обоим параметрам опережает карбюра­торный мотор примерно в 1,5 раза.

• Если в конструкции не предусмотрены свечи на­каливания (а они имеются, как правило, лишь на очень мощных двигателях), запустить дизель при от­рицательных температурах весьма непросто.

• Зимой на дизельном моторе необходимо ис­пользовать специальные сорта топлива.

Двух- и четырехтактные двигатели

Конструктивно двухтактные моторы проще и соот­ветственно дешевле, легче и надежнее (иногда еще и долговечнее) четырехтактных. Оборотная сторона медали - повышенный расход топлива и необходи­мость возиться с маслом (его приходится подавать» вместе с бензином).

Но нет, худа без добра: густеющее на морозе масло не препятствует прокрутке холодного двигателя, каж­дый оборот которого, кстати, приравнивается к двум “четырехтактным”. Те, кто работает или живет на Се­вере, это прекрасно знают и предпочитают именно такие движки. Завести промерзший четырехтактник практически невозможно, и тут уже не до экономии…

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

API

Свидетельство того, что уровень эксплуатационных свойств масла определен в соответствии со стандартами американского института нефти. Первая буква индекса, следующая в аббревиатуре за API,

обозначает категорию: «S» - для бензиновых моторов, «С» - для дизельных. Вторая - группу качества. Самый низкий уровень - у масел с буквой «А», более высокий - «В» и т.д. Если обозначение двойное, например, «АРI SJ/CF», значит, смазку можно использовать и как «SJ», и как «CF».

AVR - расшифровывается как Automatic Voltage Regulator. Эту систему устанавливают на синхронные альтернаторы для стабилизации выходного напряже­ния (обычно оно поддерживается с точностью до 5%). Для прецизионной (точной) регулировки используют дополнительные электронные устройства, которые, как правило, приобретают за отдельную плату.

SAE - означает, что класс вязкости масла опреде­лен в соответствии со стандартами Общества автомо­бильных инженеров США. Зимние классы обозначают в виде числа с индексом «W» (от «winter» - зима), на­пример «SAE 5W»; летние - только числом, например, «SAE 30»; а универсальные - комбинацией того и дру­гого через дефис, например, «SAE 5W-30». Кстати, для двигателей, смазывающихся разбрызгиванием, вязкость особенно важна. Слишком густое масло не образует «масляного тумана», а потому не поступает на трущиеся пары.

Тепловой автомат без плавкого предохрани­теля - предназначен для защиты генератора от пере­грузок. На сегодняшний день это самое распространенное устройство защиты электросети. К слову, всем известные «пробки», «вылетающие» в наших домах, работают по такому же принципу. Достоинства - про­стота, надежность, низкая стоимость Недостатки - инертность срабатывания и невозможность реализа­ции всех ресурсов станции по перегрузкам.

Бесщеточный генератор (brashless) - синхрон­ный альтернатор, в конструкции которого не используются щетки. Он не требует обслуживания, долговечен и при работе не создает радиопомех. Интенсивно вытесняет с рынка малой и средней по мощности техники генераторы традиционной конструкции.

Декомпрессор - при ручном запуске автоматически приоткрывает один из клапанов мотора и тем самым облегчает раскрутку вала до необходимых оборотов. Практически все четырехтактные моторы (и, дизельные, и бензиновые), имеющие ручной стартер, оснащают этим устройством.

Дифференциальная защита от утечек тока и короткого замыкания – обычно входит в список опций, предлагаемых за дополнительную плату. На­значение – повышение безопасности работы с генератором. Дело в том, что виновником большинства травм выступает ток, проходящий между фазой и зем­лей. Пример: человек стоит на раме генератора и дот­рагивается до неизолированного провода. Обычный автомат в такой ситуации, естественно, не срабатывает - слишком мала нагрузка, а вот дифференциальная защита обязательно разомкнет силовую цепь.

Защита по уровню масла - предусмотрена на всех современных моторах. При снижении уровня ни­же критического она отключает двигатель либо сигна­лизирует об этом. На моторах, оснащенных масляным насосом, как правило, контролируется не уровень, а давление масла в рабочем контуре.

Первая цифра означает: «0» - защита отсутствует: «1» - защита от посторонних предметов размерами бо­лее 50 мм; «2» - защита от касания пальцами и от про­никновения твердых посторонних частиц диаметром более 12 мм; «3» - защита от посторонних предметов и частиц диаметром более 2,5 мм; «4» - защита от ка­сания инструментом, пальцами и проволокой диаметром более 1мм, защита от проникновения твердых по­сторонних частиц диаметром более 1 мм; «5» - полная защита от касания вспомогательными средствами лю­бого типа и от проникновения пыли.

Вторая цифра означает: «0» - защита отсутствует; «1» - защита от вертикально падающих капель воды; «2» - защита от капель воды, падающих под углом 15 градусов к вертикали; «3» - защита от струй воды, падающих под углом до 60 градусов от вертикали; «4» - защита от водяной пыли, распространяющейся со всех сторон; «5» - защита от струй воды, падающих со всех сторон под любым углом.

Системы повышения экономичности. Ими оснащены в основном современные агрегаты, имеющие электронную систему управления. Экономичный режим включается либо вручную, либо автоматически при уменьшении потребляемой мощности до критического уровня. При этом мотор станции начинает работать на пониженных оборотах, что позволяет тра­тить меньше топлива (до 30% при работе с частыми перерывами) и уменьшить уровень шума.

Система стартового усиления - применяется для улучшения перегрузочной способности. В случае асинхронников, как правило, не позволяет достичь резуль­татов, характерных для синхронников. Кстати, у пос­ледних система стартового усиления чаще всего пред­ставляет собой предохранительный автомат, имею­щий специальные характеристики.

Смазка под давлением - способствует долго­вечной работе мотора с малым износом и редким обслуживанием. Такая система при наличии фильтра осуществляет также фильтрацию масла, а значит, продлевает срок службы смазки и улучшает стабильность ее свойств. Ее применение оправданно для дорогих двигателей с высокой мощностью и за­груженностью.

Топливный (топливоподкачивающий) насос - у бензиновых электростанций позволяет поместить топливный бак (или дополнительные емкости) ниже уровня карбюратора, а у дизельных - разместить баки намного ниже мотора (например, на нижнем этаже здания или вообще под землей). Выпускают насосы с механическим (их размещают непосредственно на двигателе), электрическим или пневматическим (вакуумным) приводом.

Управление воздушной заслонкой. Воздушная заслонка необходима для искусственного обогащения рабочей смеси (так называют смесь воздуха и бензи­на, производимую карбюратором). Она способствует легкому и уверенному запуску мотора, особенно в ус­ловиях пониженных температур. Перед стартом за­слонку следует закрыть, а после прогрева - открыть. Есть как простые системы с вакуумным приводом, так и более сложные с вакуумным приводом и датчиком температуры.

Свечи накаливания - служат для облегчения за­пуска дизельного мотора в условиях пониженных тем­ператур. Обычно их устанавливают на мощные двига­тели (за дополнительную плату).