Что такое генератор с дизельным двигателем

Дизельная электростанция

Ди́зельная электроста́нция (дизель-генераторная установка (ДГУ), дизель-генератор) — стационарная или подвижная энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими электрическими генераторами с приводом от дизельного двигателя внутреннего сгорания. Существуют также электростанции с приводом от бензинового двигателя — бензиноэлектрический агрегат или бензиновая электростанция и газопоршневые электростанции.

Следует учитывать, что термины дизельная электростанция, дизельэлектрический агрегат и дизель-генератор не являются синонимами:

• дизель-генератор — устройство, состоящее из конструктивно объединённых дизельного двигателя и генератора;
• дизельэлектрический агрегат в свою очередь включает в себя дизель-генератор, а также вспомогательные устройства: раму, приборы контроля, топливный бак;
• дизельная электростанция — это стационарная или передвижная установка на базе дизельэлектрического агрегата, дополнительно включающая в себя устройства для распределения электроэнергии, устройства автоматики, пульт управления.

Как правило, такие электростанции объединяют в себе генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания, которые установлены на стальной раме, а также систему контроля и управления установкой. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение синхронный или асинхронный электрический генератор. Соединение двигателя и электрического генератора производится либо напрямую фланцем, либо через демпферную муфту. В первом случае используется двухопорный генератор, то есть генератор, имеющий два опорных подшипника, а во втором — с одним опорным подшипником (одноопорный).

Устройство дизельного генератора

Дизель-генераторная установка (ДГУ) состоит из следующих элементов:

1. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), принцип работы которого сходен с автомобильным силовым агрегатом.
2. Генератор – это часть, которая превращает механическую энергию (вращение вала) в электрическую энергию через индукцию. Современные генераторы работают с размещением нескольких больших, мощных магнитов в кластере вокруг центрального вращающегося вала. Это называется «ротор» или «якорь». Магниты могут быть постоянными или электромагнитными, но суть в том, что они создают поле, которое двигатель заставляет вращаться. Другим важным компонентом генератора переменного тока является «статор», который по существу представляет собой серию плотно связанных катушек проволоки, прочно упакованных вокруг ротора.
3. Топливная система обеспечивает подачу дизельного топлива для двигателя. Наиболее очевидной частью является бак, содержащий достаточно топлива, по крайней мере, для 6-8 часов работы. Этот резервуар может находиться внутри корпуса генератора для небольших или переносных блоков, или может представлять собой отдельную внешнюю конструкцию для больших, постоянно установленных блоков.
4. Регулятор напряжения – довольно сложный, но важный компонент. Без него напряжение и сила переменного тока изменялись бы в зависимости от частоты вращения двигателя.
5. Система охлаждения необходима, поскольку ДВС производит большое количество отработанного тепла в дополнение к механической энергии. Мощность, проходящая через генератор переменного тока, также производит тепло через электрическое сопротивление самих проводов.
6. Выхлопная система нужна, ведь все двигатели внутреннего сгорания производят выхлопные газы. Они токсичны и должны быть направлены в сторону от самого двигателя и всех находящихся поблизости людей.
7. Система смазки (масла). Любой двигатель нуждается в смазке, и это осуществляется масляным насосом и резервуаром, прикрепленным к самому двигателю.
8. Стартер и аккумуляторная система. Электрический стартерный двигатель питается от батареи, которая заряжается от отдельного зарядного устройства или выхода генератора.
9. ЭБУ (электронный блок управления) – типичные элементы управления и выходы, включенные в большинство командных панелей.
10. Рама или корпус нужны, чтобы устройство содержалось в защищенном от атмосферных воздействий корпусе, открытой структурной раме либо в транспортируемом блоке. Все эти функции удерживают компоненты вместе. Они также гарантирует, что все электрические компоненты надежно заземлены.

Дизель-генератор также может быть покрыт акустически обработанным навесом, который резко снижает уровень шума. Даже если навес находится всего в метре, громкость работы двигателя может быть очень небольшой. Генератор с акустическим куполом, закрывающим другие элементы, часто называют бесшумным генератором.

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).

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.

Сферы применения дизельных электростанций

Дизельные электростанции наиболее активно используются на территориях, где отсутствует централизованное энергоснабжение, или существуют определенные трудности с подачей электроэнергии. Как правило, это:

• 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.

Именно там дизельные электростанции могут быть единственно возможным источником электроэнергии. При этом следует учитывать, что дизельные электростанции также 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 исполнений.

Ввиду того, что генераторы на дизельном топливе часто применяются в специфических условиях, в жару и холод, под снегом и дождем, производители стали разделять стандартные исполнения этой техники и специальные. Так, среди моделей ДГУ, представленных на рынке, можно выделить:

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 техники представлен в каждом конкретном случае, требуется смотреть на показатель IP. Если первая цифра в нем 2 – то речь идет о защите от твердых предметов, имеющих диаметр 12 миллиметров, если 4 – то это свидетельствует о том, что изделие может выдержать взаимодействие с проволокой и инструментом диаметром от 1 миллиметра, если 5 – то это идеальный показатель, говорящий о полной защите, в том числе – от пыли. Вторая цифра в IP указывает на степень защиты дизельного генератора от влаги: 3 – от направленных потоков воды, падающих под углом 60°, 4 – от потоков, поступающих под любым углом.

Система питания

В среднем генератор способен проработать на одной заправке около 7-ми часов. В небольших моделях топливный резервуар является частью станины или крепится на ней. Если же генератор используется в стационарном режиме на предприятии, его оснащают внешним баком, который позволяет работать намного дольше. Топливная система большинства генераторов состоит из трубопровода, который доставляет топливо из бака в двигатель и обратно, вентиляции топливного резервуара, топливного насоса, который закачивает горючее из бака в двигатель. Также важной вещью является фильтр топлива, который отделяет от него воду и мусор. Для распыления дизельного топлива в цилиндры служат форсунки.

Типы дизельных генераторов

Электростанции на дизеле делят на типы по мощности и способу перемещения. Портативные модели – самые легкие и слабые – от 2 до 15 кВт. Их покупают для частных нужд, поэтому они компактные, их легко возить в машине, а то и переносить в руках.

Мобильные дизель-генераторы дают любой объем энергии. Их главная особенность – возможность перемещения на автомобильном или прицепном шасси. Самые тяжелые и мощные – стационарные ДЭС – вырабатывают до 2-3 мВт электричества, но большинство производителей выпускают генераторы до 1 — 1,5 мВт.

Портативные электроустановки – для дома и дачи

Большинство переносных ДГУ рассчитаны на 3 – 10 кВт. Это идеально для пригорода, где есть перебои с электричеством или централизованная сеть еще не проведена. Портативные станции выпускают специально для частников, поэтому они просты и удобны: низкий расход горючего, минимальный уровень шума, небольшие габариты и вес. Чтобы подключить такую установку, не требуется ни отдельной комнаты, ни специальной квалификации.

Портативные генераторы покупают не только для дома – они популярны на неосвещенных стройплощадках и в коммунальных хозяйствах для починки электросетей.

Рабочий ресурс

Самые простые и дешевые ДГУ – сезонные. Их моторесурс не превышает 500 – 2500 моточасов. Такие станции покупают для дачных строек, ремонтов или редких выездов за город.

Другое дело – и другая цена – у генераторов длительного применения. Они рассчитаны на 3 – 5 тысяч моточасов.

Ручной или автоматический запуск?

Бюджетные генераторы выпускают в упрощенном исполнении – а значит, запуск у них ручной. Переключатель источника питания тоже ручной: при отключении централизованного электричества пользователь сам выбирает, запускать ДГУ или нет.

Модели с электрозапуском дороже и тяжелее «ручных». Если первые обычно продают на раме с ручками, то вторые могут комплектовать кожухами, устройствами подогрева и электростартером.

Бытовые или профессиональные?

Если 15-20 лет назад в таком разделении был смысл, то сейчас большинство производителей выпускают только «профессиональные» генераторы. Это значит, что модель выдерживает длительные нагрузки и к ней можно подключать крупное оборудование для стройки или уборки.

Переносные модели SDMO

В новой портативной линейке французская компания SDMO делает ставку на однофазные модели с ручным запуском и воздушным охлаждением. Пример самой простой электростанции — SDMO DIESEL 4000 C. Генератор подходит и для резервного питания за городом, и для подключения профессиональных инструментов.

Мощность установки – 3,4 кВт, фаза – одна, номинальное напряжение – 230 вольт. Без дозаправки станция работает до 5 часов при объеме топливного бака 4,3 литра. Модель оснащена двигателем Kohler KD350 с частотой вращения 3000 об / мин. Если давление масла слишком низкое, сработает система защиты, и мотор не запустится. Вес установки – 70 кг.

Мобильные ДГУ – для стройки и ремонта

Главное отличие передвижного дизельного генератора – повышенная мобильность. Модели могут быть относительно легкими (от 100 кг) или массивными (на 8-12 тонн), но все они выполняют основную задачу: быстро приезжают на объект и свободно перемещаются по площадке.

Передвижные станции выпускают для дорожного и городского строительства. Другое применение – питание концертных площадок. Такие ДЭС оптимальны для открытого пространства – им не нужны отдельные помещения, мощные подъемники или расширенные дверные проемы. От погоды их защищают металлические контейнеры. Они же снижают шум двигателя.

Варианты шасси

Европейские производители не выпускают «готовые» передвижные генераторы – но почти у всех моделей (за исключением самых легких) есть опция установки на прицепное шасси. Это делается для гибкости: заказчик сам определяет, на какой автомобиль – или трактор – поставить генератор.

Для дизельных станций есть несколько вариантов базы:

• автомобильное или тракторное шасси с пневматической тормозной системой – для передвижения по дорогам любой категории;
• шасси с ПТС (паспорт транспортного средства) – для больших электростанций: оборудование на такой базе может перемещаться только по трассам с ограничением до 90 км/ч;
• тракторное шасси с ПСМ (паспорт самоходной машины) – для сверхмощных ДЭС: станции передвигаются по дорогам со скоростью не выше 35 км/ч.

Иногда генераторы устанавливают не на колесные базы, а на сани-лыжи. Широкие цельнометаллические полозья крепят к автомобилю или другому тягачу, чтобы возить массивное оборудование по сложным трассам – например, по пересеченной местности.

Пример передвижной станции SDMO

Большинство строительных и ремонтных нужд покрывают электростанции на 60 – 80 кВт. Типовой пример – трехфазный дизельный генератор SDMO J88K. Модель дает до 70 кВт энергии и рассчитана на 12 часов непрерывной работы.

Вместе с топливом станция весит до 1,2 тонны – обычно ее устанавливают на одноосное или двухосное прицепное шасси. Модель выпускается во всепогодном шумозащитном кожухе, имеет систему автоматического запуска, силовой автомат защиты и систему безопасности, которая автоматически останавливает работу при низком давлении масла. Марка двигателя — John Deere. Частота вращения – 1500 оборотов в минуту.

Стационарные ДЭС

Самые мощные электростанции на дизельном топливе вырабатывают до 2-3 мВт электричества. Их производят для основного или резервного питания строительных площадок, торговых центров, заводов, стратегических объектов – любых площадок, где нужна регулярная подача электричества в больших объемах.

Почти все промышленные ДГУ трехфазные, работают с напряжением 380 В на низких оборотах (до 1500 об/мин) и имеют систему жидкостного охлаждения. Это продлевает ресурс двигателя: европейские станции могут непрерывно работать до 40 000 часов до первого отказа. Это особенно важно на предприятиях непрерывного цикла, где нежелательна даже короткая остановка мощностей.

Рассчитываем максимальную мощность

Первое, что необходимо сделать перед покупкой или прокатом большого генератора – определиться, какая мощность вам нужна. Для этого сложите показатели потребления всех устройств, подключенных к сети, и к полученной сумме добавьте 30%. Так вы заложите «страховочный» запас мощности и убережете себя от внезапной остановки станции.

Брать ДГУ по мощности «впритык» нежелательно: постоянная перегрузка износит двигатель раньше срока. Сильный запас – больше 50% потребляемой мощности – тоже будет во вред. Идеальный вариант нагрузки – 75% от номинальной выработки.

Синхронный или асинхронный

Выбор зависит от особенностей площадки. Синхронные ДГУ не такие точные, как асинхронные – но быстро запускаются при перебоях с энергией и имеют повышенную работоспособность. Их используют для аварийного питания жилых домов, строек и производств.

Асинхронные электростанции используют для питания точной аппаратуры, чувствительной к перепадам напряжения. Такие модели закупают для медицинских учреждений, метеостанций и центров запуска.

Промышленные модели SDMO

Европейские стационарные ДЭС выпускаются в двух вариантах – рама и кожух. Покупатель сам выбирает тип исполнения. Пример типовой промышленной электростанции – трехфазная дизельная установка SDMO V650 C2 номинальной мощностью 520 кВт.

Генератор оснащен 6-цилиндровым двигателем Volvo и потребляет до 85 литров топлива в час при 75% загрузке. Объем стандартного топливного бака – 600 литров, но есть возможность оборудовать станцию дополнительными емкостями. Вес модели в контейнере – 5,3 тонны. В открытом исполнении станция весит 3,8 тонны.

Как выбрать хороший генератор

Автономный источник энергоснабжения – сложное дорогостоящее оборудование, к выбору которого необходимо подойти основательно. Ошибки при заказе ведут к переплате за технику слишком большой мощности, либо к невозможности использовать часть установленного в помещении электрооборудования. Размышляя, как выбрать качественный дизельный генератор для загородного дома, следует тщательно оценить ряд параметров.

Мощность

Основополагающая характеристика данного оборудования, на которую следует обратить внимание. При вычислении необходимой мощности суммируют все активные нагрузки и одновременно работающие электроприборы: освещение, чайник, утюг, прочие нагревательные приборы. Коэффициент реактивной мощности учитывают для устройств с индуктивной составляющей:

• холодильника;
• электроинструмента;
• погружных и циркуляционных насосов;
• пылесоса;
• микроволновки;
• стиральной машины.

Если планируется купить дизельный генератор в качестве резервного, из списка исключают нагрузки с низким приоритетом. Для основного источника электроснабжения учитывают мощности всех потребителей. Генерирующая установка должна иметь запас по мощности в 20-30% по отношению к расчетной.

Охлаждение

В электрогенераторах Yanmar охлаждение дизеля воздухом используется только в маломощных моделях до 5 кВт, время безостановочной работы которых 6-9 часов, в зависимости от объема топливного бака. Для агрегатов, способных безостановочно работать до нескольких суток, применяют жидкостное охлаждение, что видно из сравнительной таблицы технических характеристик дизельных генераторов.