Самые мощные дизельные электростанции вырабатывают до 2-3 МВт электроэнергии. Они производятся для основного или аварийного электроснабжения строительных площадок, торговых центров, заводов, стратегических объектов — словом, везде, где регулярно требуется большое количество электроэнергии.
Дизельный генератор: устройство, принцип работы, виды, критерии выбора
Все приборы, потребляющие электроэнергию для жизнедеятельности человека, выходят из строя в случае аварии в электросети. Решением проблемы является аварийный источник питания для дома, офиса, предприятия или завода. Надежным автономным источником электроэнергии является дизель-генератор — мини-электростанция, работающая на дизельном топливе.
Установка автономного энергоблока решает проблему обеспечения аварийного питания подключенного оборудования. Мини-электростанция позволяет обеспечить непрерывную работу дорогостоящего оборудования, такого как медицинские приборы и системы безопасности. Использование дизельных генераторов с функцией автоматического запуска гарантирует сохранность скоропортящихся продуктов, хранящихся в холодильниках на складах и в продуктовых магазинах.
Устройство и принцип работы
Стационарные и мобильные (см. рис. 1) дизель-генераторы состоят из двух основных приводных механизмов: электрогенератора (1) и двигателя внутреннего сгорания (2). Эти части смонтированы на жесткой раме (3) и соединены так, что вал ротора и коленчатый вал дизельного двигателя находятся на одной оси.
В зависимости от модели и марки, электростанция оснащается дополнительными компонентами и рабочими органами:
- 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, такие как WattStream (рис. 2), размещаются в специальных защитных контейнерах с дополнительным оборудованием.
Принцип работы основан на процессе преобразования механической энергии, вырабатываемой дизельным двигателем, в электрический ток. Источником энергии является генератор, приводимый в движение дизельным двигателем. Крутящий момент, возникающий при вращении коленчатого вала дизельного двигателя, передается на ротор генератора (генератор переменного тока). Взаимодействие магнитных полей создает ЭЭД: в обмотках статора возникает переменный ток.
Частота тока поддерживается за счет обеспечения постоянной частоты вращения двигателя. Дизельные генераторы оснащены механизмом стабилизации частоты вращения коленчатого вала. При увеличении нагрузки подача дизельного топлива в камеры сгорания увеличивается, что приводит к увеличению мощности двигателя. Когда нагрузка уменьшается, обороты двигателя также снижаются до определенного уровня.
Виды и варианты исполнения
На рынке представлены сотни различных моделей дизельных генераторов. Несмотря на такое разнообразие, их можно классифицировать по некоторым основным характеристикам:
- 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).
Рассмотрим подробнее типы генераторов. Поскольку они вырабатывают электроэнергию, полезно знать некоторые нюансы работы самих генераторов.
Генераторы делятся на два типа: Синхронные и Асинхронные генераторы. Основное различие заключается в конструкции ротора. Якоря синхронных генераторов имеют обмотки. Для возбуждения необходимо подать постоянный ток. Он может поступать от независимого источника или часть напряжения может сниматься с обмоток статора и выпрямляться.
В генераторах переменного тока средней и большой мощности для возбуждения обмоток ротора на валу установлен независимый генератор постоянного тока. Напряжение подается на кольца ротора через щетки. По этой причине современные генераторы также называют щеточными генераторами. Большим преимуществом генераторов переменного тока является то, что они выполняют функцию регулятора напряжения.
На рисунке 3 показана принципиальная схема синхронного генератора. Красным цветом показаны контактные кольца (1), а выше — щеточные коллекторы (2). Хорошо видна полярная катушка ротора (зеленая).
Синхронный генератор обеспечивает постоянные параметры напряжения при различных допустимых нагрузках. Отклонение в каждую сторону составляет не более 5 %. Это достигается за счет использования регулятора напряжения. На выходе генератора получается электрический ток высокого качества.
Роторы асинхронных генераторов не имеют проволочных катушек. Обмотки состоят из короткозамкнутых, обычно алюминиевых полос, залитых в сердечник магнита. По сути, они образуют цельный, компактный корпус катушки. Преимущество такой конструкции в том, что для возбуждения не требуется постоянный ток. Достаточно тока самовозбуждения.
Другие преимущества:
- нет щёток;
- компактные габариты и небольшой вес;
- невосприимчивость к коротким замыканиям (они просто перестают вырабатывать электроэнергию);
- низкая цена.
К сожалению, эти генераторы имеют серьезный недостаток в своих характеристиках — низкое качество выходной мощности. Напряжение нестабильно и может отличаться более чем на 10 %. Во многих случаях нет необходимости и нежелательно использовать такие генераторы для питания точного оборудования и электронных устройств.
Однако они подходят и даже желательны для сварочных аппаратов, если их мощность достаточна для подключения такого оборудования. Существуют даже специальные сварочные генераторы на основе асинхронных генераторов переменного тока (рис. 4).
Существует два типа охлаждения: жидкостное и воздушное. Водяное охлаждение позволяет двигателю работать длительное время под большой нагрузкой. Эти двигатели в основном производятся японской компанией KUBOTA. На основе своих дизельных двигателей производитель поставляет на рынок очень надежные дизельные генераторы, марка которых получила признание во всем мире.
Принцип работы ДЭС
- В цилиндры двигателя подаётся воздух, где он сжимается и разогревается до высоких пределов. Затем в рабочую камеру под давлением поступает дизельное топливо и происходит его возгорание.
- Образовавшиеся в результате горения газы запускают двигатель в работу. Коленчатый вал начинает вращаться, запуская в движение ротор электрического генератора.
- Ротор генератора при вращении возбуждает электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создает в обмотке генератора индукционный переменный ток, на выходе превращающийся электрическую энергию.
Сферы применения дизельных электростанций
Дизельные генераторы в основном используются в районах, где нет централизованного электроснабжения или возникают определенные трудности с подачей электроэнергии. Как правило, это так:
- малые населенные пункты, расположенные в отдаленных и арктических территориях;
- предприятия сельского хозяйства (фермы, совхозы), а также дачные поселки и садовые товарищества, расположенные на периферии;
- производственные объекты, на которых ведется добыча нефти, газа и других природных ресурсов, расположенные в труднодоступных местах.
Там дизельные электростанции могут быть единственным возможным источником электроэнергии. Однако следует отметить, что дизельные электростанции могут выполнять и вспомогательные функции:
- резервного источника электроэнергии, когда ДЭС только дополняют основные источники электропитания – централизованные сети;
- аварийного источника электроэнергии, когда ДЭС устанавливают на крупных предприятиях с целью защиты потребителя от возможных аварий и организации бесперебойного энергоснабжения.
Разновидности дизельных электростанций
Существуют различные классификации современных дизельных двигателей.
Дизельные двигатели классифицируются в зависимости от их предназначения:
- передвижные – применяются в качестве переносного или резервного источника электроснабжения;
- стационарные – интегрированы в единую систему энергокомплекса.
В зависимости от типа наполнения дизельные двигатели делятся на:
- открытые – ничем не защищены, могут располагаться только в специально оборудованном помещении;
- в шумозащитном кожухе – кожух снимает уровень шума, что позволяет использовать данные электростанции в населенных пунктах;
- контейнерные – для дополнительной защиты и снижения уровня шума помещается в специальный контейнер или блок-модуль.
В зависимости от количества фаз, вырабатываемых агрегатом, различают дизельные двигатели:
- однофазные – вырабатывают напряжение 220 Вольт
- трехфазные – вырабатывают от 220 до 400 Вольт.
В зависимости от типа напряжения дизельные электростанции различают на:
- низкого напряжения (до 1 кВт)
- высокого напряжения (свыше 1 кВт).
Технические характеристики
Основной принцип работы дизель-генератора несложен. Основной принцип работы дизельного двигателя не очень сложен. Основным принципом работы дизельного генератора обычно является четырехтактный двигатель. Лишь в редких случаях встречаются модели, у которых можно регулировать частоту вращения, в основном используются частоты вращения 1500 и 3000 об/мин. Цилиндры двигателя могут быть расположены двумя способами: последовательно или V-образно.
Рядная конструкция позволяет сузить двигатель. Однако это неизбежно делает его длиннее, что не всегда благоприятно. По этой причине мощные рядные дизельные двигатели встречаются редко. Когда дизельное топливо попадает в камеру сгорания, оно вступает в реакцию с присутствующим там кислородом. Расширяющиеся газы толкают поршень, который соединен с картером двигателя. Этот узел вращает вал, а от вала тяга передается на ротор.
Когда ротор вращается, создается магнитное поле. Оно обладает важным свойством электродвижущей силы (ЭДС) и создает индуцированное напряжение в другой цепи.
Однако его нельзя подавать непосредственно в бытовую или коммерческую сеть. Это напряжение сначала стабилизируется специальной схемой.
Виды
По мощности
В бытовом секторе широко используются дизельные электростанции общей мощностью не более 10-15 кВт. Причем большее количество не требуется даже для большой дачи или дома отдыха. Это же оборудование используется для того, чтобы что-то построить или отремонтировать дома. И даже в некоторых мастерских, где нет очень мощных потребителей, генераторы этого класса мощности вполне пригодятся.
Мощность от 16 до 50 кВт уже подходит для максимально комфортной эксплуатации нескольких домов или даже небольшого поселка за городом, гаражной мастерской.
Генераторы мощностью 200 кВт и более по понятным причинам не попадают в категорию мини-генераторов. Их довольно сложно перемещать по участку (дому), не говоря уже о транспортировке. Однако эти агрегаты очень важны на небольших промышленных предприятиях и в солидных гаражах.
Обычно они используются для компенсации рисков, связанных со стопроцентным отключением электроэнергии. Благодаря этим дизельным генераторам поддерживается непрерывный производственный цикл. Они также используются в отдаленных районах, например, на складах нефтяников, работающих вахтовым методом.
При мощности 300 кВт они обеспечивают электроэнергией большинство предприятий. Почти все строительные площадки и заводы могут быть обеспечены на определенный период времени только энергией, которую дает этот генератор.
Однако самые требовательные отрасли промышленности и добыча полезных ископаемых могут быть обеспечены генератором мощностью 500 кВт.
Потребность в еще большей мощности возникает редко, а если она постоянна, то разумнее построить полноценную электростанцию или проложить дополнительную линию электропередачи.
Управление ДЭС
Почти все современные генераторы имеют автоматическую систему управления: они включаются в случае пропадания напряжения в сети и выключаются, как только напряжение в сети снова появляется.
Управление электростанцией и контроль параметров осуществляется с помощью электронной панели управления. Обычно это монохромный дисплей, на котором отображаются параметры:
- индикаторы включения / выключения станции;
- состояние установки (остановлена, в фазе запуска, готова к подключению, в состоянии отказа);
- поданное питание, напряжение между фазой U и V и частота переменного тока;
- часы работы двигателя;
- нагрузка каждой фазы генератора (если генератор 3-фазный);
- позиция прерывателя цепи переменного тока;
- давление масла;
- температура воды двигателя;
- уровень топлива;
- напряжение батареи ГУ;
- при отказах – причина отказа двигателя.
Доступ к панели управления часто защищен пятизначным кодом — от 0 до 4.
Плюсы ДГУ
- Стабильная работа при перегрузках. Чем выше частота вращения ротора, тем станция чувствительнее к перегрузкам. Мощные генераторы на 3000 оборотов в минуту сбоев в сети не потерпят. Их можно подключать только для постоянного электроснабжения. А установки с частотой 1500 об / мин хорошо работают при перепадах напряжения до 10% в течение 1 часа из 12. Такие ДГУ можно смело использовать для резерва – достаточно подключить их к основному источнику питания.
- Высокий КПД (коэффициент полезного действия) и низкий расход горючего. Если владельцы маленьких генераторов на 1-2 кВт почти не считают топливо, то в случае промышленных электростанций разница в тратах на бензин и дизель бывает ощутимой. При прочих равных строители и промышленники выбирают ДГУ.
- Минимальное участие оператора. Механик нужен только для подключения, запуска и поддержания стабильной работы станции. Обо всем остальном, кроме заправки, заботится электроника.
- Непрерывная работа до 10 – 12 суток. Хорошая промышленная электростанция должна работать несколько суток без перебоев и заправки. Минимум для дизельных генераторов в районах без централизованной электросети – 5-7 дней. Обслуживать модель с более коротким циклом неудобно – и для производства, и для жизни.
- Стабильная работа в круглосуточном режиме до 5 лет. Генераторы с увеличенным моторесурсом нужны не только для крупных производств или удаленных поселков. Суда, метеостанции, станции запуска – постоянный доступ к электричеству требуется во многих сферах. Если станция работает на износ, ее списывают через 4-5 лет. Большинство генераторов запускают время от времени – они могут служить и по 10, и по 15 лет.
- Пожарная безопасность. В отличие от газа и бензина, дизель не дает открытого горения – оно сжимается при воспламенении. Риск пожара в таких условиях минимален.
- Невозможность работы на холостом ходу. Минимальная нагрузка на дизельную электростанцию должна составлять 40-50% от заявленной мощности. Если ДЭС вырабатывает меньше – она не заглохнет, но быстро износится.
- Высокий уровень шума без кожуха. Средние и крупные станции должны поставляться в защитных контейнерах. Модели без кожухов запрещено использовать в жилой застройке и в местах, где работают люди. Не важно, город это или завод в промзоне. Шум генератора недопустим.
- Относительно низкая экологичность. Самыми безопасными для окружающей среды считаются газовые электростанции. Но добыть для них горючее непросто – и накладно. Дизель ненамного «грязнее» бензина, но по цене заметно доступнее.
- Высокая стоимость. Электростанции на дизеле дороже бензиновых – но окупаются за несколько лет благодаря низкому расходу горючего.
Типы дизельных генераторов
Дизельные генераторные установки делятся на различные типы в зависимости от мощности и типа привода. Портативные модели самые легкие и слабые — от 2 до 15 кВт. Их покупают для частного использования, поэтому они компактны, их легко перевозить в машине или даже держать в руке.
Мобильные дизельные генераторы обеспечивают любое количество электроэнергии. Их главная особенность в том, что их можно перевозить на шасси грузовика или прицепа. Самые тяжелые и мощные — стационарные дизельные генераторы — вырабатывают до 2-3 МВт электроэнергии, но большинство производителей выпускают генераторы мощностью до 1 — 1,5 МВт.
Портативные электроустановки – для дома и дачи
Большинство портативных ДГУ имеют мощность от 3 до 10 кВт. Это идеальный вариант для пригородов, где бывают перебои с электричеством или еще не проложена магистральная сеть. Переносные установки изготавливаются специально для бытовых потребителей, поэтому они просты и удобны: низкий расход топлива, минимальный уровень шума, небольшие размеры и вес. Для подключения такого агрегата не требуется ни отдельного помещения, ни специальной квалификации.
Портативные генераторы покупают не только для частных домовладений — они также популярны на неосвещенных строительных площадках и у коммунальных компаний для ремонта электросетей.
Рабочий ресурс
Более простые и дешевые ДГУ являются сезонными. Их срок службы составляет не более 500-2500 часов работы двигателя. Такие генераторы покупают для строительных площадок, ремонта или нечастых поездок за город.
Генераторы длительного использования имеют другую цену — и производительность. Они рассчитаны на 3 — 5 тысяч часов работы двигателя.
Ручной или автоматический запуск?
Бюджетные генераторы изготавливаются в упрощенном варианте, то есть их приходится запускать вручную. Выключатель питания также ручной: при отключении основного питания пользователь сам решает, запускать генератор или нет.
Модели с электрическим запуском дороже и тяжелее, чем «ручные» модели. Если первые обычно продаются в виде рамы с ручками, то вторые могут быть оснащены капотами, нагревателями и электрозапуском.
Бытовые или профессиональные?
Если 15-20 лет назад такое различие имело смысл, то сейчас большинство производителей выпускают только «профессиональные» генераторы. Это означает, что модель может выдержать длительный период эксплуатации и может быть подключена к большим строительным или уборочным машинам
Переносные модели SDMO
Французская компания SDMO в своей новой линейке портативных агрегатов делает упор на однофазные модели с ручным запуском и воздушным охлаждением. Модель SDMO DIESEL 4000 C является примером простейшей электрической пары. Генератор подходит как для аварийного электроснабжения в сельской местности, так и для подключения профессионального инструмента
Мощность агрегата составляет 3,4 кВт, однофазное и номинальное напряжение 230 вольт. Генераторная установка работает до 5 часов без дозаправки, при этом объем бака составляет 4,3 литра. Модель оснащена двигателем Kohler KD350 со скоростью вращения 3000 об/мин. Если давление масла слишком низкое, срабатывает система безопасности, и двигатель не запускается. Вес агрегата составляет 70 кг.
Мобильные ДГУ – для стройки и ремонта
Главное отличие портативного дизельного генератора — высокая мобильность. Модели могут быть относительно легкими (от 100 кг) или громоздкими (8-12 тонн), но все они выполняют главную задачу: быстро добраться до объекта и свободно перемещаться в пространстве.
Мобильные станции изготавливаются для дорожного строительства и обустройства городов. Другое применение — снабжение концертных залов. Они идеально подходят для открытых площадок — для них не нужны отдельные помещения, лифты большой грузоподъемности или большие двери. От стихии их защищают металлические контейнеры. Они также помогают снизить шум двигателя.
Что такое однофазные и трехфазные дизельные генераторы.
В зависимости от конструкции и мощности разные дизельные генераторы производят разное количество электроэнергии. Существует две широкие категории конструкций, подходящих как для бытовых, так и для промышленных пользователей.
- Однофазные ДГУ созданы с тем, чтобы предоставлять на выходе ток с напряжением 220 Вольт. Это самый популярный класс автономных электростанций, поскольку они наиболее универсальны. Чаще всего такие установки можно встретить на дачах, в коттеджах, в небольших магазинах и т.п. Идеально подходят в роли резервного питания.
- Трехфазные исполнения способны работать на генерацию тока как с показателем напряжения 220 Вольт, так и с более серьезными параметрами (380 Вольт). Они относятся к технике high-уровня и предназначены для обслуживания значительных пространств: больших заводов, многоэтажных зданий, даже целых коттеджных поселков. Их характерные особенности: высокий коэффициент полезного действия, а также соответствующая ему мощность.
При выборе дизельных генераторов важно сначала определить, как они будут работать: в каких условиях, с какой частотой и для какого количества потребителей. Только на основании этих исходных данных можно выбрать генератор, который без проблем справится со своей задачей.
Синхронные и асинхронные дизельные генераторы: что это такое?.
В зависимости от класса генераторов, которыми оснащена конкретная электростанция, она может иметь статус синхронного или асинхронного генератора. По сути, это определение указывает на конкретную конструкцию генератора ГЭС и связанные с ней характеристики всей электростанции. Существуют тонкие нюансы в использовании оборудования этих двух категорий.
- Синхронные ДГУ характеризуются сложностью исполнения, стабильностью работы при пусковых токах, способностью генерировать выходное напряжение заданного напряжения, но, в то же время, им свойственны и погрешности в точности – перегрузка по току. Впрочем, этого вполне достаточно для задействования конструкций в качестве источников резервного электроснабжения. Также они находят свое применение в качестве оборудования, обслуживающего механизмы с высокой реактивной нагрузкой. Потребители подключают к ним компрессоры, двигатели, насосы.
- Асинхронные ДГУ пользуются спросом за сверхнадежность, способность работать в любых условиях. Они крайне просты с конструктивной точки зрения, но, по этой же причине, невероятно долговечны. За счет того, что такие системы дают плавное течение тока, их актуально использовать для работы с оборудованием, чутким к изменению напряжения. Чаще всего можно встретить асинхронные дизель-генераторы в качестве средства поставки электричества к технике с активными нагрузками (осветительные приборы, нагревательные системы, АКБ). Большим преимуществом этих ДГУ является и то, что они не нуждаются в блоке охлаждения, а значит, есть возможность при производстве герметизировать конструкцию, делать ее всепогодной. Минусом эксплуатации этих систем является их нестабильность при перегрузках, хотя современные разработчики научились нивелировать этот эффект в дизельных генераторах за счет встраивания специального стартерного усилителя.
Разновидности исполнений.
Учитывая тот факт, что дизельные генераторы часто используются в особых условиях, в жару и холод, в снег и дождь, производители стали различать стандартные версии этих агрегатов и специальные. Таким образом, мы можем выделить среди представленных на рынке моделей ДГУ:
- стационарные системы (установка на объекте раз и навсегда) и мобильные, рассчитанные на частую передислокацию (оснащаются шасси, колесами, выстраиваются на прицепах или полуприцепах);
- дизельные генераторы для определенных погодно-температурных условий (умеренного, морского, тропического, северного климата);
- забранные в специальные защитные оболочки (кожуха), отличающиеся пыле-, влаго-, шумозащитой.
Чтобы узнать, какой класс защиты имеет изделие в каждом конкретном случае, необходимо посмотреть на индекс IP. Если первая цифра 2, то это означает защиту от твердых предметов диаметром 12 мм, если 4, то это означает, что изделие выдерживает взаимодействие с кабелями и инструментами диаметром 1 мм, если 5, то это идеальное значение, указывающее на полную защиту, включая защиту от пыли. Второй номер IP указывает на степень защиты дизельного генератора от влаги: 3 — от направленных потоков воды, падающих под углом 60°, 4 — от потоков, идущих под любым углом.
