Дизельный генератор: устройство, принцип работы, виды, критерии выбора. Дизель генератор что это.

Наиболее мощные дизельные электростанции способны генерировать до 2–3 МВт электроэнергии. Эти устройства изготавливаются для основных или резервных источников питания строительных площадок, торговых центров, производственных заводов и стратегически важных объектов — в общем, везде, где регулярно возникает потребность в значительных объемах электроэнергии.

Дизельный генератор: устройство, принцип работы, виды, критерии выбора

Вся техника, потребляющая электрическую энергию для обеспечения жизнедеятельности человека, подвержена риску выхода из строя в случае аварий на электросети. Для решения этой проблемы необходимо обеспечить наличие аварийного источника питания для жилых и офисных помещений, а также для предприятий и производственных объектов. Одним из наиболее надежных автономных источников электроэнергии является дизельный генератор — своего рода мини-электростанция, работающая на дизельном топливе.

Установка такого автономного энергоблока решает задачу обеспечения аварийного питания для подключенного оборудования. Мини-электростанция может гарантировать стабильную работу дорогостоящего оборудования, например медицинских навигационных приборов или систем безопасности. Использование дизельных генераторов, имеющих функцию автоматического запуска, становится особенно актуальным для сохранения скоропортящихся продуктов, хранящихся в холодильниках на складах или в продуктовых магазинах.

Устройство и принцип работы

Дизельные генераторы, как стационарные, так и мобильные (представленные на рисунке 1), состоят из двух основных элементов: электрогенератора (1) и дизельного двигателя внутреннего сгорания (2). Эти компоненты располагаются на прочной раме (3) и соединены таким образом, что вал ротора и коленчатый вал дизельного двигателя находятся на одной оси, что позволяет эффективно передавать крутящий момент.

В зависимости от конкретной модели и марки, дизельные электростанции могут дополнительно оснащаться различными компонентами и устройствами:

• панелями управления различной сложности и функциональности;
• системами шумоподавления, которые уменьшают уровень шума во время работы установки;
• радиаторами с вентиляторами, предназначенными для дизельных двигателей с водяным охлаждением;
• аккумуляторами (4) (см. рисунок 1), стартерами и механизмами, обеспечивающими автоматический запуск;
• защитными панелями, защищающими узлы от бокового дождя;
• системами безопасности для защиты обслуживающего персонала и другими конструктивными элементами.

Мощные промышленные дизельные генераторы, такие как модели WattStream (изображены на рисунке 2), часто располагаются в специальных защитных контейнерах, в которых также установлен дополнительный функционал.

Принцип работы дизельного генератора основан на трансформации механической энергии, генерируемой дизельным двигателем, в электрический ток. Двигатель служит источником энергии, приводя в движение генератор. Крутящий момент, возникающий при вращении коленчатого вала дизельного двигателя, передается на ротор генератора (обычно генератора переменного тока). Взаимодействие магнитных полей в этом процессе создает электродвижущую силу (ЭДС): в обмотках статора формируется переменный ток.

Для поддержания стабильной частоты тока осуществляется контроль за постоянной частотой вращения двигателя. Обычно дизельные генераторы обладают механизмами для стабилизации оборотов коленчатого вала. При увеличении нагрузки увеличивается подача дизельного топлива в камеры сгорания, что приводит к росту мощности двигателя. В случае снижения нагрузки, обороты двигателя также пропорционально уменьшаются до установленного уровня, что позволяет обеспечить стабильность работы установки.

Виды и варианты исполнения

На современном рынке доступно множество моделей дизельных генераторов. Несмотря на это разнообразие, их можно классифицировать по нескольким основным критериям:

• Типу альтернатора, который вырабатывает электроток;
• Спецификации мощности агрегата;
• Количество фаз на выходе;
• Способу охлаждения агрегата;
• Способу запуска дизельного двигателя, который может быть ручным, электрическим или автоматическим при отсутствии напряжения в электрической сети;
• Типу исполнения — переносной или стационарный генератор.

Рассмотрим более подробно основные типы генераторов. Учитывая, что они генерируют электроэнергию, полезно ознакомиться с несколькими ключевыми аспектами функционирования таких агрегатов.

Генераторы можно разделить на два типа: синхронные и асинхронные. Главное отличие между ними заключается в конструкции ротора. Якоря синхронных генераторов при этом оснащены обмотками. Для возбуждения этих обмоток необходима подача постоянного тока, который может поступать от независимого источника или вырабатываться непосредственно в процессе работы генератора.

В генераторах переменного тока, предназначенных для работы на средней и большой мощности, для возбуждения обмоток ротора используют независимый генератор постоянного тока, подключенный к валу через коллекторные кольца. Именно поэтому такие генераторы также называют щеточными. Одним из значительных преимуществ генераторов переменного тока является их способность выполнять функции регуляторов напряжения.

На рисунке 3 представлена принципиальная схема синхронного генератора. Красным цветом обозначены контактные кольца (1), а выше располагаются щеточные коллекторы (2). Ясно видно, где располагается полярная катушка ротора (обозначена зелёным цветом).

Синхронные генераторы способны поддерживать постоянные параметры напряжения при различных допустимых нагрузках, что дает возможность контролировать отклонения в пределах 5%. Это достигается благодаря использованию высокопрочных регулирующих устройств. На выходе генератора, таким образом, получается электроэнергия высокого качества.

Асинхронные генераторы, в отличие от синхронных, не имеют проволочных катушек. Их обмотки состоят из короткозамкнутых (обычно алюминиевых) полос, залитых в магнитный сердечник, в результате чего создается цельная и компактная конструкция катушки. Такому типу генераторов не требуется подача постоянного тока для возбуждения — достаточно тока самовозбуждения.

Среди дополнительных преимуществ асинхронных генераторов можно выделить следующие:

• Отсутствие щеток, что делает их более надежными;
• Компактные размеры и незначительный вес;
• Устойчивость к коротким замыканиям (в таких случаях они просто прекращают выработку электроэнергии);
• Низкая стоимость по сравнению с аналогичными устройствами.

Однако асинхронные генераторы имеют недостаток: их выходная мощность часто характеризуется низким качеством — напряжение может быть нестабильным и иметь отклонения свыше 10%. Поэтому эти генераторы не рекомендуется использовать для питания критически важных для точности оборудования и электронных устройств, где необходима высокая стабильность. Тем не менее, такой тип генераторов вполне подходит для работы сварочных аппаратов, при условии, что их мощность достаточно для подключения данного оборудования. Существуют даже специальные сварочные генераторы на базе асинхронных генераторов переменного тока (изображены на рисунке 4).

Существуют два типа охлаждения: жидкостное и воздушное. Жидкостное охлаждение позволяет двигателю функционировать длительное время под высокой нагрузкой. Обычно такие двигатели производятся известной японской компанией KUBOTA, которая зарекомендовала себя на рынке благодаря надежности своих дизельных генераторов.

Принцип работы ДЭС

1. В цилиндры двигателя подается воздух, который затем сжимается и разогревается до высоких температур. После этого в рабочую камеру под давлением подается дизельное топливо, что приводит к его воспламенению.
2. Газы, образующиеся в результате горения, запускают двигатель в работу. В результате коленчатый вал начинает вращаться, запускается ротор электрического генератора.
3. Процесс вращения ротора генератора возбуждает электромагнитное поле, что в свою очередь создает индукционный переменный ток в обмотке генератора, который преобразуется в электрическую энергию на выходе.

Сферы применения дизельных электростанций

Дизельные генераторы в основном находят применение в тех областях, где отсутствует централизованное электроснабжение или возникают проблемы с подачей электроэнергии. Как правило, это такие места, как:

• малые населенные пункты, расположенные в удалённых и арктических районах;
• предприятия сельского хозяйства (фермы, совхозы), а также дачные посёлки и садовые товарищества, находящиеся на периферии;
• производственные объекты, на которых ведется добыча нефти, газа и других природных ресурсов, расположенных в труднодоступных местах.

В этих случаях дизельные электростанции могут стать единственным возможным источником электроэнергии. Тем не менее, дизельные электростанции могут выполнять и дополнительные функции:

• дополнительного резервного источника электроэнергии, когда ДЭС помогают основным источникам электропитания — централизованным электросетям;
• аварийного источника электроэнергии, когда ДЭС устанавливаются на крупных предприятиях для защиты потребителей от возможных аварий, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение.

Разновидности дизельных электростанций

На рынке сегодня существует множество различных классификаций дизельных электростанций, которые можно систематизировать по нескольким критериям в зависимости от их основного назначения:

• передвижные — такие установки применяются в качестве переносного или резервного источника электроэнергии;
• стационарные — это установки, интегрированные в единую энергокомплексную систему.

В зависимости от способа защиты и дизайна дизельные генераторы также делятся на:

• открытые — предоставляют возможность использования агрегатов только в специально оборудованных помещениях;
• в шумозащитном кожухе — обходятся с минимальным уровнем шума, что позволяет применять такие установки в населенных пунктах;
• контейнерные — помещенные в специальные контейнеры или модульные блоки для дополнительной защиты и снижения уровня шума.

В зависимости от числа фаз, производимых агрегатом, выделяются различные типы дизельных генераторов:

• однофазные — вырабатывают напряжение в 220 Вольт;
• трехфазные — обеспечивают напряжение от 220 до 400 Вольт.

По типу напряжения дизельные электростанции делятся на:

• низковольтные (вырабатывающие до 1 кВт);
• высоковольтные (свыше 1 кВт).

Технические характеристики

Основной принцип работы дизельного генератора является достаточно простым. Обычно он имеет четырехтактный двигатель, хотя встречаются и модели с возможностью регулировки частоты вращения. На практике обычно используют частоты вращения 1500 и 3000 об/мин. Цилиндры двигателя могут быть расположены двумя способами: последовательно или V-образно.

Рядное исполнение позволяет сделать двигатель более узким, однако при этом он становится длиннее, что не всегда удобно. Именно поэтому мощные рядные дизельные двигатели используются значительно реже. В ходе работы дизельное топливо поступает в камеру сгорания, где оно реагирует с кислородом, расширяясь и приводя в движение поршень, соединенный с картером. Этот процесс вызывает вращение вала, на который передается тяга к ротору.

Когда ротор начинает вращаться, создаётся магнитное поле, способное генерировать электродвижущую силу (ЭДС), которая и создает индуцированное напряжение в электрической цепи.

Тем не менее напряжение нельзя подать непосредственно в бытовую или коммерческую сеть. Оно должно быть сначала стабилизировано с помощью специальной схемы.

Виды

По мощности

Стандартные дизельные электростанции, используемые в бытовом секторе, обычно имеют мощность не более 10-15 кВт. Это значение чаще всего является достаточным даже для больших загородных домов или дач. Так же такие генераторы великолепно подойдут для эксплуатации при строительстве или ремонте, а также в некоторых мастерских, где не требуется высокопроизводительное потребление электроэнергии.

Генераторы с мощностью от 16 до 50 кВт подходят для обеспечения комфортной эксплуатации нескольких домов или небольшого загородного поселка, а также для гаражных мастерских.

Установки мощностью 200 кВт и более, по очевидным причинам, не относятся к категории мини-генераторов. Их довольно сложно перемещать по территории (даже не говоря о дальних перевозках). Тем не менее, такие устройства критически важны для малых промышленных предприятий и крупных гаражей.

Обычно они используются для снижения рисков, связанных с полным отключением электроэнергии, и поддерживают непрерывный производственный процесс. Они также используются в удаленных районах, например, на складах, где трудятся нефтяники, работающие по вахтовой системе.

Генераторы мощностью 300 кВт обеспечивают электроэнергией большинство производств. Почти каждая строительная площадка и завод в определенные моменты могут функционировать только на энергоснабжение от такого генератора.

Тем не менее, в самые требовательные промышленные отрасли, а также в добыче полезных ископаемых, требуется генератор мощностью 500 кВт.

Случаи, когда потребуется еще большая мощность, являются редкими. Если такая ситуация постоянна, то более разумным решением станет строительство полноценной электростанции или прокладка дополнительных линий электропередачи.

Управление дизельной электростанцией

Почти все современные дизельные генераторы имеют автоматическую систему управления, которая срабатывает при пропадании основного напряжения в сети и выключается при восстановлении электроэнергии.

Контроль работы электростанции и параметров осуществляется с помощью электронной панели управления, которая обычно представлена монохромным дисплеем. На этом дисплее отображаются важные параметры работы системы:

• индикаторы работы генератора (включен/выключен);
• текущий статус установки (остановлена, запускается, готова к подключению, имеется ошибка);
• показатели поданного питания, напряжение между фазами U и V, а также частота переменного тока;
• часы работы двигателя;
• нагрузка для каждой фазы генератора (если это 3-фазный агрегат);
• состояние прерывателя цепи переменного тока;
• давление масла в системе;
• температура охлаждающей жидкости двигателя;
• уровень топлива в баке;
• напряжение батареи управления;
• в случае выхода из строя — причина неисправности двигателя.

Для доступа к панели управления часто используется пятизначный код, который может варьироваться от 0 до 4.

Преимущества дизельных генераторов

• Надежная работа при высоких нагрузках. Чем выше частота вращения ротора, тем более чувствительными становятся установки к перегрузкам. Поэтому мощные генераторы, работающие на 3000 оборотах в минуту, не терпят сбоев и отказов в сети. Они могут использоваться только для постоянного электроснабжения. Установки на 1500 об/мин отлично работают при колебаниях напряжения до 10% в течение 1 часа из 12. Такие дизель-генераторы можно без опасений использовать в качестве резервных источников — достаточно подключить их к основному источнику питания.
• Высокий коэффициент полезного действия и экономичный расход топлива. Владельцы маломощных генераторов на 1–2 кВт обычно не следят за расходом топлива, тогда как на более мощных промышленных установках разница в затратах на бензин и дизель становится заметной. Когда все прочие параметры одинаковы, строители и производственники отдают предпочтение именно дизельным генераторам.
• Минимальная необходимость в заботе со стороны оператора. Обслуживание механика заключается в подключении, запуске и поддержании стабильной работы генератора — все остальное (кроме наблюдения за уровнем топлива) решает встроенная электроника.
• Способность непрерывной работы в течение 10–12 суток. Хороший промышленный генератор должен функционировать несколько суток без остановок и необходимости заправки. Как правило, дизельные генераторы, работающие в районах без централизованного электроснабжения, могут функционировать от 5 до 7 дней без дополнительных заправок. Модели, обладающие более коротким рабочим циклом, становятся неудобными в эксплуатации как для производств, так и для частной жизни.
• Обеспечение круглосуточной работы до 5 лет. Генераторы, рассчитанные на длительное использование, важны не только для крупных производств или удаленных населенных пунктов — они также нужны для работы судов, метеостанций, а также для запуска станций, где требуется постоянный доступ к электричеству. Если установка работает на пределе, ее выводят из эксплуатации через 4–5 лет, однако большинство генераторов запускаются время от времени и могут прослужить до 10–15 лет.
• Пожарная безопасность. В отличие от газа и бензина, дизельное топливо не образует открытого пламени — оно воспламеняется при сжатии. Таким образом, риск загорания при использовании дизельных агрегатов сведен к минимуму.

• Недостаток в возможности работы на холостом ходу. Минимальная нагрузка для дизельного генератора должна составлять 40–50% от заявленной мощности. Если генератор работает с меньшей нагрузкой, он может продолжать функционировать, однако при этом быстро выйдет из строя.
• Высокий уровень шума без звукоизоляции. Средние и крупные установки обычно поставляются в защитных контейнерах. Использование моделей без защитных кожухов в жилых зонах или в местах массового скопления людей запрещено. Это относится как к городским местностям, так и к промышленным зонам, где скапливаются рабочие.
• Относительно низкая экологичность. Газовые электростанции считаются наиболее безопасными для окружающей среды, однако извлечение топлива для них может быть сложным и дорогостоящим. Таким образом, дизельное топливо чуть менее «грязное», чем бензин, но по стоимости часто оказывается более доступным.
• Высокая стоимость. Хотя дизельные электростанции обходятся дороже бензиновых, они быстро окупаются благодаря экономичному расходу топлива.

Типы дизельных генераторов

Дизельные генераторы классифицируются на различные типы в зависимости от мощности и типа привода. Наиболее легкие и маломощные — это портативные модели мощностью от 2 до 15 кВт, которые обычно предназначены для частного использования и отличаются компактным размером, что позволяет легко их транспортировать, даже в багажнике автомобиля.

Мобильные дизельные генераторы могут выработать любое количество электрической энергии. Главная их особенность — возможность перемещения. Мобильные модели могут быть как легкими (от 100 кг), так и довольно громоздкими (до 8-12 тонн), а их конструкция предназначена для быстрого доступа к месту работы, что делает их весьма универсальными.

Стационарные дизельные генераторы представляют собой самые мощные устройства, которые могут вырабатывать до 2-3 МВт электроэнергии. Однако большинство производителей при этом выпускают устройства мощностью до 1–1,5 МВт.

Портативные электроустановки – для дома и дачи

Большинство портативных дизельных генераторов имеют мощность от 3 до 10 кВт. Они идеально подходят для частных домов и дач, особенно во время краткосрочных отключений электроэнергии или в отсутствие магистральной сети. Данные установки созданы специально для потребностей бытового сегмента — они характеризуются низким расходом топлива, минимальным уровнем шума, небольшими размерами и весом. Для подключения такого генератора не понадобится ни специальное помещение, ни высокая квалификация.

Портативные генераторы покупаются не только для частных домов — они также пользуются популярностью на менее освещенных строительных площадках и у коммунальных компаний для ремонта и обслуживания электросетей.

Рабочий ресурс

Менее сложные и дешевые дизельные генераторы, как правило, имеют сезонный срок службы, который колеблется от 500 до 2500 часов работы двигателя. Такие устройства часто приобретаются для выполнения специфических задач на строительных площадках, во время ремонта и для редких выездов за город.

Генераторы с большим рабочим ресурсом, предназначенные для длительной эксплуатации, имеют более высокую стоимость и производительность, и их срок службы будет составлять от 3000 до 5000 часов работы двигателя.

Ручной или автоматический запуск?

Некоторые бюджетные модели дизельных генераторов поставляются в упрощенном варианте и требуют ручного запуска. Механизм отключения питания также является ручным: при отключении основного электричества пользователю предстоит самому решить, запускать генератор или нет.

Модели с электрическим запуском стоят дороже и имеют больший вес, чем «ручные» версии. Первые обычно продаются со специальной рамой и ручками, в то время как вторые могут быть оборудованы капотом, нагревателями и механизмами для электрозапуска.

Бытовые или профессиональные?

Если 15–20 лет назад такое различие было существенно, то на сегодняшний день большинство производителей выпускает только высококачественные «профессиональные» генераторы. Это означает, что данная модель может выдерживать длительный период эксплуатации и может быть подключена к крупным строительным или уборочным машинам.

Переносные модели SDMO

Французская компания SDMO предлагает в своей новой линейке портативных агрегатов модели с однофазным вводом и ручным запуском, работающие на основе воздушного охлаждения. Пример удобного бюджетного генератора — SDMO DIESEL 4000 C. Этот генератор функционирует как для аварийного питания в сельской местности, так и для подключения профессиональных инструментов.

Мощность агрегата составляет 3,4 кВт, однофазный ввод и номинальное напряжение 230 вольт. Генераторная установка может функционировать до 5 часов без дозаправки, объем топливного бака составляет 4,3 литра. Двигатель установленный в модели — Kohler KD350, работающий на скорости 3000 об/мин. Система безопасности предотвращает запуск двигателя в случае недостатка давления масла. Общий вес устройства составляет 70 кг.

Мобильные ДГУ – для стройки и ремонта

Главным отличием портативного дизельного генератора является его высокая мобильность. Модели могут варьироваться от относительно легких (от 100 кг) до довольно громоздких (8-12 тонн), но все они выполняют одну основную задачую: быстро перемещаться в пространство для проведения работ.

Мобильные установки разрабатываются для нужд дорожного строительства и обустройства городских территорий. Также они активно применяются для снабжения концертных площадок. Мобильные генераторы идеально подходят для использования на открытых площадках, поскольку для их эксплуатации не требуется дополнительных помещений, больших лифтов или настенных проходов. Металлические контейнеры защищают их от неблагоприятных погодных условий и снижают уровень шума от работающего двигателя.

Однофазные и трехфазные дизельные генераторы

Разные дизельные генераторы способны генерировать различное количество электрической энергии, в зависимости от их конструкции и мощности. Можно выделить две основные категории, подходящие для бытовых и промышленных пользователей:

• Однофазные дизельные генераторы обеспечивают ток с напряжением 220 Вольт. Этот классификационный тип является наиболее распространенным среди автономных источников электроэнергии, поскольку они универсальны. Чаще всего такие модели встречаются на дачах, в загородных домах и небольших торговых точках. Они идеально подходят в качестве резервного источника электроснабжения.
• Трехфазные генераторы способны генерировать ток как напряжением 220 Вольт, так и более высоким — 380 Вольт. Это оборудование high-уровня, применяемое для обеспечения электроэнергией крупных производств и многоэтажных зданий, а также целых коттеджных комплексов. Характеризуется высоким коэффициентом полезного действия и соответствующей мощностью.

При выборе дизельного генератора важно учитывать, в каких условиях он будет использоваться, с какой частотой и для какое число потребителей будет обеспечивать электроэнергией. Только исходя из этих данных можно выбрать установку, которая без проблем выполнит поставленные задачи.

Синхронные и асинхронные дизельные генераторы

В зависимости от типа генераторов, которыми обладают specifieke дизельные электростанции, они могут быть классифицированы как синхронные или асинхронные. Эти обозначения фактически указывают на свои характеристики и конструкцию всей электростанции, и также имеют определённые нюансы в использовании оборудования этих двух классов.

• Синхронные дизельные генераторы имеют сложную конструкцию, предлагая стабильную работу даже при пусковых токах. Они способны генерировать выходное напряжение заданного значения, но часто подвержены погрешностям в точности, связанным с перегрузками по току. Тем не менее, их надежно используют в качестве резервных источников электроснабжения. Также они могут применяться в системах, обслуживающих механизмы с высокой реактивной нагрузкой, что подразумевает использование таких генераторов для подключения компрессоров, насосов, двигателей.
• Асинхронные дизельные генераторы пользуются популярностью благодаря своей надежности и возможности функционировать в любых условиях. Они имеют простую конструкцию, что делает их невероятно долговечными. Благодаря плавному течению тока, такие установки актуальны для питания оборудования, чувствительного к колебаниям напряжения. Асинхронные дизельные генераторы чаще всего используются для обеспечения электроэнергией активных нагрузок, таких как освещение, нагревательные системы или аккумуляторы. Одним из значительных достоинств этих генераторов является отсутствие необходимости в блочной системе охлаждения, что позволяет производителям создавать герметичные конструкции, защищенные от влияния внешней среды. Тем не менее, эти системы могут быть нестабильными при перегрузках, что привело к разработке современных моделей, оснащенных специальными стартерными усилителями для нивелирования данного проблемы.

Разновидности исполнений

Учитывая тот факт, что дизельные генераторы часто функционируют в специфических условиях, таких как жаркие или холодные температуры, снег и дожди, производители разграничивают стандартные варианты этих агрегатов и специальные модели. На основании этого можно выделить такие виды дизельных генераторов:

• стационарные системы (устанавливаются на объекте один раз) и мобильные (проектируются для частого перемещения, оснащены колесами и приводными системами);
• дизельные генераторы, рассчитанные на определенные климатические условия (умеренные, морские, тропические, северные);
• забранные в специальные защитные оболочки (кожуха) с защитой от пыли, влаги и шума.

Чтобы узнать о классе защиты конкретной модели, необходимо проверить индекс IP. Если первая цифра одинакова с 2, это говорит о защите от твердых предметов диаметром 12 мм, если 4 — это говорит о защите от кабелей и инструментов диаметром 1 мм, если же 5 — результата полной защиты, включая защиту от пыли. Вторая цифра IP указывает на степень защиты генератора от влаги: 3 — от падающих под углом 60° потоков воды, 4 — от подаваемых потоков под любым углом.