Тотальная электрификация. Выбор, классификация, особенности мини-электростанции. Honda, Makita, Europower, Hitachi, Robin-Subaru, Elitech, Fubag, Blizzer, Matrix, Prorab, Sturm!, Вепрь и другие

ВЫБОР
Выбор установки того или иного типа, в том числе выбор двигателя, зависит от того, будет ли она служить основным источником энергии для объекта, не подключенного к сети, или же резервным на случай аварийного отключения. В первом случае важнее всего ресурс и экономичность двигателя. Тут предпочтителен дизель или двигатель, работающий на газу. Для резервного аварийного источника питания главное — надежный запуск из холодного состояния и быстрый выход на рабочий режим.

У бензиновых моторов есть свои преимущества: меньший вес и стоимость, поэтому для передвижных агрегатов до 10 кВт используют именно их. Такие мини-электростанции наиболее востребованы на стройках, для автономного электроснабжения торговых точек и других коммерческих применений.

Дизели применяют для более мощных стационарных мини-электростанций.

Отдельный тип — портативные бензогенераторы. Это максимально легкие (10–20 кг) агрегаты мощностью менее 2 кВт, пригодные к перевозке в легковом автомобиле, общественном транспорте, а то и в рюкзаке. Агрегаты смонтированы максимально компактно и размещены в закрытом пластиковом корпусе (за характерную форму такие модели часто называют «чемоданчиками»). Двигатель — только бензиновый, с воздушным охлаждением, иногда даже 2-тактный. Генератор однофазный, зато почти всегда кроме «бытовых» 220 В имеется выход 12 В постоянного тока для зарядки аккумуляторов, в том числе автомобильных, и питания электроприборов, рассчитанных на подключение к бортовой сети автомобиля или яхты.

В ПОИСКАХ МОЩНОСТИ
Вопрос о требуемой мощности установки тоже не так прост, как кажется. Только просуммировать паспортную мощность подключаемых потребителей недостаточно. Двухкиловаттный генератор может питать электрочайник мощностью 2 кВт, либо пылесос на 1 кВт, либо холодильник на 300 Вт.

Почему такой разброс? Дело в том, что сопротивление нагрузки складывается из активного (омического) и реактивного (оно связано с емкостью и индуктивностью прибора, сдвигающими разность фаз между напряжением и током). Для лампы накаливания, электрочайника и других нагревательных приборов реактивным сопротивлением по сравнению с активным можно пренебречь, а вот обмотки электромотора с их высокой индуктивностью дают значительную разность фаз. В результате приходится применять поправочный коэффициент мощности cos φ, характеризующий потребителя энергии.

И это еще не все. При пуске электромотор потребляет ток в несколько раз больший, чем в установившемся режиме работы. Причем если ротору ничего не мешает начать вращаться (пылесос, электродрель), то скачок тока небольшой и непродолжительный. Если же двигатель сразу встречает сопротивление (насос, лебедка), то пусковой ток достигает больших значений и способен превысить номинальный в десятки раз.

СИНХРОННЫЕ И АСИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Кроме типа двигателя, в описании обычно указывают тип генератора. Он может быть синхронным и асинхронным. В первом случае частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора, сдвиг фаз между ними постоянный.

В асинхронном генераторе сдвиг фаз между ротором и статором может меняться.

В синхронном генераторе ротор выполнен в виде электромагнита. Ротор создает вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. Величину выходного напряжения синхронного генератора можно контролировать за счет изменения магнитного поля ротора. Обычно это делает блок автоматической регулировки (AVR), благодаря чему обеспечивается высокая стабильность выходного напряжения.

Синхронный генератор способен кратковременно выдавать ток в три-четыре раза выше номинала. Он оптимален для подключения оборудования с высокими стартовыми токами: электродвигателей и т. д. Однако при длительном превышении допустимой нагрузки возможен перегрев и выход из строя обмотки ротора.

Асинхронный генератор представляет собой асинхронный двигатель, работающий в режиме торможения. Вращающееся магнитное поле, создаваемое вспомогательной обмоткой статора, индуцирует на роторе магнитное поле, которое, вращаясь вместе с ротором, наводит ЭДС в рабочей обмотке статора. При этом на ротор ток извне не подводится, благодаря чему генераторы асинхронного типа малочувствительны к короткому замыканию и имеют высокую степень защиты от внешних воздействий.

Но при такой конструкции вращающееся магнитное поле ротора не поддается регулировке, поэтому частота и напряжение на выходе генератора зависят от стабильности работы двигателя. Так что асинхронный генератор подходит только для приборов, не имеющих высоких стартовых токов и устойчивых к перепадам напряжения.

Иногда говорят, что в данном аппарате применен инверторный генератор. Это не совсем корректное выражение. Правильнее говорить «генератор с инверторным формирователем выходного напряжения». В таких установках ток, полученный от генератора (синхронного или асинхронного типа), подается на электронный модуль (собственно инвертор), который преобразует его в нужную синусоиду со стабильными параметрами.

ФАЗЫ — ОДНА ИЛИ ТРИ?
Название вытекает из назначения — питать соответствующих потребителей. При этом к однофазным генераторам, вырабатывающим переменный ток напряжением 220 В и частотой 50 Гц, можно подключать только однофазные нагрузки, тогда как к трехфазным — и те и другие.

Зачем вообще нужны три фазы? Трехфазная схема подключения позволяет передавать энергию трех источников всего по трем проводам (в случае однофазной схемы потребовалось бы выделить шесть — по два провода на каждый такой источник). В результате трехфазные генераторы и моторы компактнее, легче и имеют больший КПД.

С однофазными генераторами все более или менее ясно: главное — правильно» посчитать» потребителей, учесть возможные проблемы (например высокие пусковые токи) и выбрать агрегат с соответствующей реальной выходной мощностью. При подключении к трехфазным генераторам трехфазных же нагрузок ситуация аналогичная.

А вот при подключении к трехфазным генераторам однофазных потребителей возникает проблема, именуемая перекосом фаз. Во-первых, при подключении нагрузки на одну фазу трехфазного генератора используется только одна обмотка статора. Значит, без перегрузки можно снять мощность не более чем 33% от полной. Это верно для синхронных генераторов, асинхронные «переваривают» перекос до 70–80%. Во вторых, если нагрузка меньше и обмотки трудятся в треть силы, то неравномерность распределения нагрузки (перекос фаз) может составить хоть все 100%. Однако выходное напряжение на ненагруженных фазах способно достигать недопустимо больших значений. И если на выходе не стоит автоматический регулятор напряжения, то подключенные к нему высокочувствительные приборы могут быть повреждены. В синхронных генераторах эта проблема стоит острее, чем в асинхронных.

Автор: Андрей Мушенков

Полный вариант статьи «Мини-электростанции: ликбез и обзор. Выбор, классификация, особенности. Honda, Makita, Europower, Hitachi, Robin-Subaru, Elitech, Fubag, Blizzer, Matrix, Prorab, Sturm!, Вепрь, Кратон, Спец, Энерго и другие» с обзором рынка мини-электростанций по состоянию на осень 2009 года в формате pdf читайте в выпуске журнала  «Инструменты» серии «Потребитель» №11’2009

Ноябрь 2009 г.