Принцип работы дизельного генератора

Принцип работы дизельного генератора

Дизельный генератор — устройство, преобразующее механическую энергию вращения вала дизельного двигателя в электрическую энергию, вырабатываемую генератором переменного тока.

Обычно выполнен в виде передвижной или стационарной установки для использованния в качестве источника основного или резервного электроснабжения.

Применяемые термины:
ДГ — дизель-генератор, дизельный генератор.
ДГУ — дизельная генераторная установка.
ДЭС — дизельная электростанция, дизельная электрическая станция.
ДЭУ — дизельная электроустановка, дизельная электрическая установка.

Принцип работы дизель-генератора

Вкратце принцип можно описать так:
Энергия расширения газов, образующихся при воспламенении сжатого топлива в цилиндрах дизельного двигателя, преобразуется посредством кривошипно-шатунного механизма в механическую энергию вращения коленчатого вала.
Ротор генератора, приводимый в движение валом двигателя, вращаясь, возбуждает электромагнитное поле, создающее ЭДС (электродвижущую силу) на обмотках генератора.
ЭДС в противофазе формирует выходное напряжение на обмотках статора, которое стабилизируется устройством управления и подаётся потребителям электроэнергии.

Основные компоненты и узлы

К основным составным частям дизель-генератора ( электростанции) относятся:
— Дизельный двигатель с системами обеспечения его работоспособности — охлаждения, подачи топлива и воздуха.
— Синхронный или асинхронный генератор переменного тока — альтернатор.
— Рама (шасси) на которой крепится оборудование.
— Тент, кожух или контейнер, выполняющие функцию защиты от внешних воздействий.
— Система автоматического управления. Генераторы (станции), предназначенные для работы в качестве резервного источника электроэнергии дополнительно оборудуются устройством автоматического ввода резерва (АВР).
C вариантами исполнения генераторов для разных режимов эксплуатации можно ознакомиться на примере моделей дизель-генераторов Aкsa или Geko. А так же популярные в 2015 году для использования в загородных домах генераторы Champion и Huter

Двигатели, применяемые в дизель-генераторах

Основные отличия дизельных двигателей, связанные с их мощностью, определяются габаритами, системами охлаждения и подачи воздуха.
По способу охлаждения различают двигатели:
— Воздушного охлаждения — применяются в дизель-генераторах малой мощности.
— Жидкостного охлаждения. Применяемые жидкости – вода или антифриз.
По способу подачи воздуха:
— Без турбонаддува.
— С турбонаддувом, когда турбокомпрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя, используя привод от выхлопных газов дизеля.
— С турбонаддувом и промежуточным охлаждением поступающего воздуха.

В сравнении с бензиновыми, дизельные двигатели имеют ряд преимуществ: меньшая стоимость и расход топлива, больший ресурс, более высокая пожаробезопасность.
Эти факторы особенно важны в случае долговременного применения электростанции в качестве основного источника электроснабжения или при продолжительном подключении ее в качестве резервного.
Среди отечественных производителей можно отметить продукцию Ярославского (ЯМЗ) и Минского (ММЗ) заводов.

Генераторы

Генераторы переменного тока (альтернаторы) служат для преобразования механической энергии вращения в электрическую.
Различают два типа генераторов — синхронные и асинхронные.
Наиболее широкое применение в практике получили синхронные генераторы.
Генераторы могут быть однофазные или трехфазные. Выбор зависит от области применения.
Класс защиты генераторов обозначается двумя буквами (IР) и двумя цифрами. Первая цифра означает:
2 — защита от проникновения пальцев или посторонних предметов более 12 мм в диаметре.
4 — защита от проникновения пальцев, проволоки или предметов, диаметром более 1 мм.
5 — полная защита от проникновения различных предметов и пыли.

Вторая цифра:
3 — защита от капель воды (дождя), падающих под углом до 60 градусов от вертикали.
4 — защита от капель воды, падающих под любым углом.

Популярные бренды на мировом рынке генераторов переменного тока Stamford (Великобритания), Mecc Alte (Италия), Leroy Sommer (Франция) и др.

Мощность

Выбор мощности дизельного генератора зависит от предполагаемой нагрузки на него потребителями электроэнергии.
При этом необходимо учитывать активные и реактивные нагрузки.
Активные нагрузки – приборы, в которых вся потребляемая энергия преобразуется в тепло: электроплиты, обогреватели, утюги и т.д.
Для выбора мощности генератора в данном случае достаточно просуммировать мощности всех активных нагрузок и сопоставить с мощностью генератора с учётом КПД.
Существуют реактивные нагрузки, обычно индуктивные и гораздо реже емкостные.
У потребителей с индуктивной составляющей в нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, индукционные печи, электромагниты . ) часть энергии запасается в обмотках за время первой половины периода в виде электромагнитной энергии и возвращается обратно в генератор (во второй половине периода), не совершая никакой полезной работы.
Мерой реактивности является косинус φ — угол сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке, который является основной составляющей коэффициента мощности (Power Factor).
В этом случае, чтобы подсчитать активную мощность, потребляемую нагрузкой, нужно полную мощность умножить на косинус φ.
Мощность дизель-генератора в технических характеристиках обычно указывается в КVA (КилоВольтАмпер) — полная мощность.
Активная мощность измеряется в Ваттах (W).
Для более правильного расчёта коэффициента мощности необходимо учитывать не только сдвиг фаз, но и гармонические искажения формы тока и напряжения, что актуально для нелинейных нагрузок, например, сварочных аппаратов.
Подробнее с этим можно ознакомиться на страницах:
Реактивная мощность — расчёт и компенсация реактивной мощности.
Коэффициент мощности — реактивные и нелинейные потери в электросети. Коэффициент мощности.

Читайте также:  Как самому сделать электровелосипед в домашних условиях

Применение

Дизельные генераторы (электростанции) широко используются в качестве источников основного или резервного электроснабжения.

В качестве основного источника генераторы используют в случаях полного отсутствия централизованной сети энергоснабжения, а в качестве резервного – в случаях наличия централизованной сети, функционирующей со сбоями в работе.
Резервные генераторы должны быть оборудованы системой автоматики АВР (автоматический ввод резерва), предназначенной для запуска генератора в случае отключения или сильного уменьшения напряжения сети. При восстановлении работоспособности основного источника, автоматика АВР отключает резервный генератор.
В том или другом случае главная задача дизельных генераторов (электростанций) – обеспечить бесперебойную подачу электроэнергии потребителю.

В качестве резервного источника питания дизель-генераторы могут использоваться на промышленных предприятиях, в офисах банков, медицинских учреждениях, в торговых организациях и в складских помещениях. Это позволит избежать негативных последствий в случае длительного отключения оборудования ( медицинского, холодильного, охранного, и т.д.) и продолжить функционирование потребителей в штатном режиме.
В качестве основного источника питания дизель генераторы широко применяются обычно там, где централизованная система энергоснабжения полностью отсутствует (удаленные загородные дома, геологоразведочные экспедиции, вахтовые поселки и т.д.)

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Дизельный генератор – это агрегат, генерирующий электроэнергию путем сжигания дизельного топлива. Время работы установки ограничивается исключительно запасом топлива, расход которого зависит от мощности аппарата и может варьироваться в диапазоне от 6 до 50 литров за 1 час работы. Использование генератора в качестве резервного (аварийного ) источника электроэнергии гораздо выгоднее, чем, к примеру, применение аккумуляторв.

Дизельный генератор отличается от дизельной электростанции тем, что последняя установка, помимо самого дизельного генератора, включает в себя разные дополнительные устройства: узел по распределению электроэнергии, систему автоматического аварийного выключения, пульт управления и т. д. Дизельная электростанция обычно используется для снабжения электроэнергией нескольких мелких объектов.

Основные компоненты и узлы дизель-генератора

  • Дизельный двигатель с системами обеспечения (системы подачи топлива, воздуха и система охлаждения);
  • Генератор переменного тока (синхронный либо асинхронный);
  • Система автоматического управления;
  • Внешний блок: рама (каркас ), корпус (контейнер , кожух).

Краткое описание принципа работы дизель-генератора

Принцип работы дизеля аналогичен принципу действия бензинового агрегата: энергия, выделяемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую, а затем в электрическую. В результате воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндрах двигателя образуется энергия расширения газов, которая с помощью кривошипно-шатунного механизма начинает вращать коленчатый вал. Вал, в свою очередь, приводит в движение ротор генератора, который возбуждает электромагнитное поле, создающее электродвижущую силу. Электродвижущая сила формирует выходное напряжение, стабилизируемое устройством управления.

Дизель-генераторы работают в диапазоне напряжений от 200 Вольт до 400 В, в зависимости от мощности и модели генератора, которые бывают однофазными и трёхфазными. Трехфазные генераторы могут подавать напряжение в 200 В и 380 В, а однофазные – только один показатель напряжения. Трехфазные модели обладают более высоким КПД.

Дизель-генераторы выпускаются в различных вариантах, например, в стационарном и мобильном исполнении, с шумопоглощающим кожухом и без него, с воздушной либо жидкостной системой охлаждения, без турбонаддува и с турбонаддувом (способ подачи воздуха).

Обычно мобильные генераторы обладают меньшими размерами, меньшей мощностью и меньшим уровнем шума по сравнению со стационарными. Стационарные агрегаты без шумопоглощающего кожуха практически невозможно использовать в жилых помещениях.

Генераторы переменного тока, преобразующие механическую энергию вращения в электрическую, бывают синхронными и асинхронными. Они практически равноценны, но при необходимости подключения электроинструментов с большим потреблением энергии (насосы , сварочные аппараты, дрели, электропилы) предпочтительнее синхронный генератор. Он же подойдет для питания холодильников, осветительных приборов. Если же подключается техника, высокочувствительная к перепадам напряжения, то лучше сделать выбор в пользу асинхронного агрегата, поддерживающего постоянное напряжение.

Достоинством синхронных аппаратов является возможность подключения оборудования с мощностью до 65% от номинальной, в то время как для асинхронных моделей этот показатель составляет всего 30%. Недостаток синхронных генераторов – низкая степень защиты двигателя от воздействия внешних факторов – пыли, грязи, воды.

Из-за аварий, случающихся в электрической сети, прекращается работа всех электроприборов, потребляющих электрическую энергию для обеспечения жизнедеятельности человека. Выход из ситуации – в резервном электроснабжении дома, офиса, учреждения или производственного предприятия. Надёжным автономным источником электроэнергии является дизель генератор – мини электростанция, работающая на дизельном топливе.

Читайте также:  Как сделать удобную кухню своими руками

Установка автономного электроснабжения решает проблему с обеспечением резервного питания подключённого оборудования. Мини электростанция позволяет сохранить непрерывный процесс функционирования дорогостоящей аппаратуры, включая медицинское оборудование и охранные системы. Применение дизельных генераторов с функцией автоматического запуска гарантирует сохранение скоропортящихся продуктов, хранящихся в холодильниках на складах и в продовольственных магазинах.

Устройство и принцип работы

Конструкция стационарных и передвижных (см. рис.1) дизельных электростанций предусматривает наличие в них двух основных рабочих механизмов: генератора электрического тока (1) и ДВС (2). Эти детали расположены на жёсткой раме (3) и соединены между собой таким образом, что вал ротора и коленвал дизельного двигателя находятся на одной оси.

Рис. 1. Переносной стартерный дизель генератор

В зависимости от типа модели и марки электроустановки станции оборудуются дополнительными элементами и рабочими узлами:

  • панелями управления различной сложности;
  • системами шумоподавления;
  • радиаторами с вентиляторами (для ДВС с водяным типом охлаждения);
  • аккумуляторами (4) (см. рисунок 1), стартерами и устройствами для автоматического запуска;
  • защитными панелями от бокового дождя;
  • системами защиты обслуживающего персонала и другими конструктивными элементами.

Мощные промышленные дизельные генераторы, например, станции марки WattStream (рис. 2), размещаются в специальных защитных контейнерах с дополнительным оборудованием.

Рис. 2. Стационарная электростанция для промышленных нужд

В основе принципа работы лежит процесс преобразования механической энергии, выработанной дизельным двигателем, в электрический ток. Источником электроэнергии является генератор, который приводится в действие дизельным двигателем. Момент силы от вращения коленчатого вала ДВС передаётся на ротор генератора (альтернатора). В результате взаимодействия магнитных полей возникает ЭДС. В обмотках статора появляется переменный ток.

Частота тока поддерживается путём обеспечения стабильных оборотов двигателя. Для этого в конструкции дизель генераторов предусмотрен механизм стабилизации скорости вращения коленвала. При возрастании нагрузки увеличивается подача дизельного топлива в камеры сгорания, в результате чего мощность ДВС возрастает. Когда нагрузка падает – двигатель также сбрасывает обороты до заданного уровня.

Виды и варианты исполнения

В продаже можно встретить сотни различных моделей дизельных генераторов. Но, несмотря на такое разнообразие, их можно классифицировать по нескольким основным признакам:

  • типу альтернатора, вырабатывающего электроток;
  • мощности агрегата;
  • количеству фаз на выходе;
  • способу охлаждения;
  • принципу запуска дизельного двигателя (ручной либо электрический стартер, автоматический пуск при отсутствии напряжения в электрической сети);
  • варианту исполнения (переносной или стационарный агрегат).

Остановимся более подробно на видах применяемых альтернаторов. Поскольку они генерируют ток, то полезно будет знать некоторые нюансы в работе самих генераторов.

Альтернаторы бывают двух видов: синхронные и асинхронные. Главное их отличие кроется в конструкции ротора. Якоря синхронных генераторов имеют обмотки. Для их возбуждения необходимо подать постоянный ток. Его можно взять из независимого источника либо снять часть напряжения с обмоток статора и выпрямить его.

В альтернаторах средней и большой мощности устанавливают на валу независимый генератор постоянного тока, который используется для возбуждения катушек ротора. Напряжение подаётся через щётки на кольца якоря. Поэтому синхронные генераторы ещё называют щёточными альтернаторами. Большое преимущество таких альтернаторов в том, что они обладают функцией регулятора напряжения.

Схема строения синхронного генератора показана на рисунке 3. Красным цветом обозначены контактные кольца (1), а сверху видны щёткодержатели (2). Хорошо видна полюсная катушка ротора (зелёный цвет).

Рис. 3. Схема синхронного дизель генератора

Альтернатор синхронного типа обеспечивает стабильные параметры напряжения при различных допустимых нагрузках. Отклонение в любую сторону не превышает 5%. Это достигается благодаря применению регулятора напряжений. На выходе генератора снимается высококачественный электрический ток.

Роторы асинхронных генераторов лишены проволочных катушек. Функции обмоток выполняют короткозамкнутые, чаще всего алюминиевые полосы, впрессованные в магнитопровод. По сути, они образуют сплошную массивную болванку. Плюсом такой конструкции является то, что для возбуждения не требуется подача постоянного тока. Достаточно токов самонаводки.

Ещё достоинства:

  • нет щёток;
  • компактные габариты и небольшой вес;
  • невосприимчивость к коротким замыканиям (они просто перестают вырабатывать электроэнергию);
  • низкая цена.

К сожалению, у этих генераторов есть серьёзный минус в технических характеристиках – ток низкого качества на выходе. Напряжение нестабильно и может колебаться в пределах больше 10%. Во многих случаях это не существенно, однако для питания точной аппаратуры и электронных устройств применять такие генераторы не желательно.

А вот для сварочных аппаратов они пригодны и даже желательны, при условии, что их мощности достаточно для подключения этих устройств. Существуют даже специальные сварочные генераторы на базе асинхронных альтернаторов (Рис. 4).

Читайте также:  Что относится к очистным сооружениям

Рис. 4. Сварочный дизельный генератор

По способу охлаждения электростанции делятся на два типа: с жидкостным и воздушным охлаждением. Наличие водяного охлаждения позволяет двигателю длительное время работать при больших нагрузках. В частности такие двигатели выпускает японская фирма KUBOTA. На базе своих дизелей производитель поставляет на рынок очень надёжные дизельные генераторы, бренд которых завоевал всемирную известность.

Применение

В качестве резервных источников в снабжении электроэнергией дизельные генераторы нашли применение во многих сферах:

  • в коттеджных городках и на дачах;
  • на строительных площадках;
  • в заведениях общественного питания;
  • на автозаправочных станциях;
  • на СТО, в производственных цехах, магазинах, фермерских хозяйствах, больницах, а также для обслуживания многих других объектов.

В отличие от бензиновых моделей дизельные электростанции оказались более надёжными. Их эффективность выше, а срок эксплуатации более длительный. Дизельные станции менее прихотливы и просты в обслуживании. Они отличаются:

  • высоким КПД;
  • меньшим расходом топлива;
  • устойчивостью к повышенным нагрузкам;
  • большим ресурсным запасом;
  • длительностью непрерывной работы.

Всё это способствует росту популярности дизельных моделей генераторов.

Критерии выбора

  1. При покупке мини электростанции определитесь, в первую очередь, какие задачи вам предстоит решать. От этого зависит выбор типа альтернатора, его мощности и уровня автоматизации. Для резервного питания частного дома подойдёт дизель генератор мощностью от 3 до 5 кВт. Желательно с синхронным альтернатором, который обеспечивает стабильную работу компьютера и прочих электронных устройств. Например, PRORAB 3000 D.
  2. При выборе мощности ДГУ учитывайте не только предполагаемую суммарную нагрузку всех электрических приборов, а также тип нагрузки: тепловая или реактивная. К тепловой относятся нагрузки нагревательных приборов, а к реактивной – ёмкостные и индуктивные.
  3. При расчётах, к суммарной нагрузке прибавляйте 15 – 20% мощности. Реактивную нагрузку подсчитать немного сложнее, так как в ней учитывается так называемый коэффициент Косинус ФИ. Он различен для разных инструментов и моторов (указывается в паспорте). Чтобы вычислить реальную нагрузку надо мощность разделить на cos(Fi).
  4. Существуют ещё стартовые нагрузки электромоторов. При запуске они могут в 6 – 9 раз превышать номинальную нагрузку двигателя. Поэтому выбирайте генераторы с достаточным запасом мощности.
  5. Если вы не планируете использовать установку для обеспечения питания насосов теплоснабжения, камер слежения и охранной сигнализации, то вряд ли стоит тратить дополнительные деньги на сложную аппаратуру автоматического включения. Запустить мотор ручным стартером не составляет никакого труда.
  6. Нет надобности в автоматике для мобильных дизельных генераторов, используемых в условиях полного отсутствия электроснабжения. Если установка применяется только для освещения и для обеспечения работы электродвигателей и различных инструментов – смело выбирайте более дешёвый вариант с асинхронным альтернатором.
  7. Дизельный генератор, который вы планируете использовать вне помещения в качестве основного источника питания, выбирайте с хорошо защищённым кожухом, а ещё лучше – модель в шкафном исполнении.
  8. Трёхфазные генераторы преимущественно используются в производственных целях. Но если вы пользуетесь трёхфазным оборудованием, то конечно такие модели для вас.
  9. Что касается брендов и производителей, то выбор за вами. Сегодня даже наши отечественные дизель генераторы не сильно уступают зарубежным, хотя цены их более демократичны. Можно посоветовать наш ВЕПРЬ или Prorab. Неплохо зарекомендовали себя генераторы фирмы SDMO.

Правила эксплуатации и обслуживания

Дизельные двигатели довольно неприхотливые и выносливые. Их обслуживание в основном заключается в своевременной замене масла и контроле уровня дизельного топлива в баке. Дополнительного контроля требует водяное охлаждение, если оно есть. Необходимо вовремя доливать воду или тосол, во избежание перегрева ДВС.

Особое внимание обращаем на обслуживание дизельных генераторов, оборудованных пусковой автоматикой. Учитывая то, что двигатель запускается стартером от аккумуляторной батареи, необходимо следить за состоянием этих деталей. При разрядившемся аккумуляторе двигатель просто не сможет запуститься в нужный момент. А это чревато далеко идущими последствиями.

Асинхронный альтернатор обслуживания не требует на протяжении всего срока службы. А вот синхронный генератор со щётками требует к себе внимания. Замена щёток – стандартная процедура. Сроки замены зависят от интенсивности эксплуатации. Обычно раз в 2 – 4 года.

Старые модели синхронных альтернаторов слабо защищены от попадания пыли на щёточный механизм. Это приводит к повышенному износу деталей генератора. Своевременное техническое обслуживание продлит срок службы генератора, защитит вашу электротехнику от непредвиденных ситуаций.

Ссылка на основную публикацию
Принтер эпсон печатает с полосами что делать
Компания Epson уже давно занимается активной разработкой принтеров. Устройства от этого производителя находятся в использовании у многих юзеров. Как и...
Построение рукава по корфиати
ВНИМАНИЕ: Каждый рукав привязан к конкретной пройме. Поэтому, чтобы построить рукав нам в обязательном порядке понадобятся некоторые данные из ЧЕРТЕЖА...
Построить дом 3д принтером цена
© 2015-2020. Все права на сайт принадлежат АМТ-СПЕЦАВИА. Копирование материалов допустимо только с указанием источника и активной гиперссылкой на сайт...
Принцип действия аксиально поршневого насоса
Аксиально-поршневые гидромашины нашли широкое применение в гидроприводах, что объясняется рядом их преимуществ: меньшие радиальные размеры, масса, габарит и момент инерции...
Adblock detector