Как работает электрогенератор дизельный

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

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.

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).

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.

Источник

Дизель-генератор. Особенности и принципы работы

Компания «Русэнергоинжиниринг» предлагает дизельные электростанции различных производителей: FG Wilson, Laser Industries, Cummins, Mobil Strom, Himoinsa, CTM и другие. На странице «Дизельные генераторы» Вы сможете подобрать электростанцию в соответствии с необходимыми параметрами.

По всем вопросам обращайтесь в нашу компанию по телефону +7 (812) 610-05-02.

Далее мы предлагаем информацию о принципах работы дизель генераторов.

Дизель-генератор (дизельная электростанция). Принцип работы

Энергия расширения газов, образующихся при сгорании воспламененного от сжатия топлива, в дизельном двигателе внутреннего сгорания преобразуется посредством кривошипно-шатунного механизма в механическую энергию вращения коленвала. Приводимый от двигателя ротор электрогенератора, вращаясь, возбуждает электро-магнитное поле, создающее индукционный переменный ток в обмотке генератора, который подается на выход потребителю.

Основные компоненты дизель-генератора

К основным составным частям дизель-генератора относятся:

• дизельный двигатель с подсистемами его жизнеобеспечения (подача топлива, воздуха, охлаждение);
• синхронный или асинхронный генератор переменного тока — альтернатор;
• система автоматического управления, мониторинга и контроля дизель-генератора;
• рама (тент-каркас, кожух, контейнер), где крепится все оборудование, и которая может выполнять дополнительные функции (защита от воздействия внешней среды, шумопоглощение и т.д.)

Двигатели, применяемые в дизель-генераторах

По способу охлаждения различают двигатели:

• воздушного охлаждения (применяются в установках малой мощности);
• жидкостного охлаждения (применяемые жидкости – вода, тосол и т.п.)

По способу подачи воздуха различают двигатели:

• без турбонаддува;
• с турбонаддувом (турбокомпрессор нагнетает воздух в камеру сгорания двигателя, используя привод от выхлопных газов дизеля);
• с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока, называемые также «альтернаторы», служат для преобразования механической энергии вращения в электрическую. При этом выделяют синхронные и асинхронные генераторы.

Дизельные генераторы подразделяются на однофазные или трехфазные. Выбор однофазной или трехфазной установки зависит от параметров потребителей: фазности и равномерности распределения нагрузки между ними.

В трехфазных дизель-генераторах перекос нагрузки между фазами обычно не должен превышать 25%. Класс защиты генераторов обозначается двумя буквами (IР) и двумя цифрами. Первая цифра означает:

«2» — защита от касания пальцами и от проникновения твердых посторонних предметов диаметром более 12 мм;
«4» — защита от касания инструментом, пальцами или проволокой диаметром более 1 мм, защита от проникновения твердых посторонних частиц диаметром более 1 мм;
«5» — полная защита от касания вспомогательными средствами любого типа и от проникновения пыли.
Вторая цифра:
«3» — защита от струй воды, падающих под углом до 60 градусов от вертикали;
«4» — защита от струй воды, падающих под любым углом.

Исполнение дизель-генераторов

Дизельгенераторы выпускаются в различных вариантах, в соответствии с требованиями заказчиков. Наиболее часто встречаются следующие исполнения:

• тропическое, северное, морское (в соответствии с климатическими условиями места эксплуатации);
• стационарное или мобильное (на прицепах, полуприцепах или самоходных шасси);
• с шумопоглощающей решеткой (кожухом) и без.

Выбор мощности дизель-генератора

Выбор мощности зависит от предполагаемых нагрузок на него потребителями электроэнергии и их типа.
Активными считаются нагрузки у приборов, в которых вся потребляемая энергия преобразуется в тепло: электроплиты, обогреватели, утюги и т.д. Для определения мощности дизель-генератора в данном случае достаточно просуммировать мощности всех электроприборов с активным видом нагрузки и добавить около 10-20 %.
У реактивных потребителей энергия превращается не только в тепло, часть ее расходуется на другие цели, например, на образование электромагнитных полей.
Мерой реактивности выступает так называемый cosφ, который указывает сколько энергии преобразуется в тепло. Поэтому для подсчета «реального» потребления мощность делится на cosφ. Например, если на электродрели указано 600 Вт и cosφ=0.7 , это значит, что инструмент реально будет потреблять от дизель-генератора 600:0.7=857 Вт.
Кроме того, каждый дизельный генератор имеет собственный cosφ, который необходимо учитывать. Как правило, он равен 0.8, то для работы вышеназванного инструмента от электростанции потребуется 857 Вт:0.8 = 1071 Вольт Ампер.
Также следует обращать внимание на высокие пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в штатном режиме. Стартовая перегрузка электростанции очень кратковременна, поэтому важно, чтобы дизель-генератор смог ее выдержать, не отключаясь и тем более не выходя из строя. К примеру, у погружного насоса в момент старта потребление может подскочить в 7-9 раз.
После сложения мощностей всех потребителей следует предусмотреть запас мощностей. Так как оптимальный режим работы электростанции — 80% нагрузка, для правильной работы электростанции необходимо создать запас мощностей в 10-20%.

Состав дизель-генератора (дизельной электростанции):

• топливная система;
• система выхлопа;
• система шумоподавления;
• контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА);
• электрогенератор;
• дизельный двигатель.

Для уменьшения расхода топлива двигателя применяется турбонаддув. Воздух в таких двигателях, прежде чем попасть в камеру сгорания, сжимается в турбокомпрессоре. Его турбина приводится в движение выхлопными газами. После сжатия воздух охлаждается воздухом или водой и поступает в камеру сгорания двигателя.

Топливная система установки включает:

• расходный топливный бак;
• бак резерва топлива;
• запорную арматуру;
• системы трубопроводов;
• насосный блок;
• контрольно-измерительные приборы.

Расходный топливный бак может быть встроен в раму электростанции. Для агрегатов, работающих в режиме резервного автоматического энергоснабжения, интегрированный расходный бак не используется, так как в любой момент уровень топлива в нем должен быть выше уровня точки входа топлива в топливный насос двигателя. В этом случае используется отдельно расположенный топливный бак. В нем уровень топлива поддерживается за счет подкачки топлива насосным блоком состоящим из ручного и электрического насосов и устройства автоматизированного контроля уровня.
Так обеспечивается надежный топливный резерв на случай аварийного автоматического запуска агрегата.

Режим работы дизельной электростанции
Как правило, ДЭС работает в двух основных режимах эксплуатации:

• длительный;
• резервный (в случае перебоев в сети).

В соответствии с режимом работы электростанции выбирается способ управления — ручной или автоматический.
Для длительного режима эксплуатации предпочтительнее ручной режим управления. При этом следует контролировать следующие параметры:

• давление масла двигателя;
• число оборотов генератора;
• уровень и температуру охлаждающей жидкости;
• напряжение в сети.

Для автоматического резервного режима работы требуется более сложная схема управления и больший набор элементов автоматики.

Продолжительность работы дизельной электростанции

Достигнуть большей продолжительности необслуживаемой работы дизельного генератора можно двумя способами: увеличивая объемы топливных расходных емкостей самих дизель-генераторов или же организуя автоматизированную подачу топлива и масла в расходные емкости по топливопроводам из емкостей-хранилищ.

Для автономных передвижных установок ввиду невозможности использования обоих способов продолжительность необслуживаемой работы составляет 4 часа (для станций мощностью до 30 кВт -8 часов). Для автономных стационарных возможна установка топливного бака большей емкости — на непрерывную работу 24 часа (для станций мощностью от 60 кВт в этом случае реализуется автоматическая закачка топлива из внешней емкости-хранилища). Для резервных дизель-генераторов рекомендуемое время необслуживаемой работы — 24 часа.

Установка дополнительного оборудования для непрерывной работы электростанции в течение 150-240 часов — достаточно дорогой вариант и не всегда экономически оправдан.

Дизельные генераторы: настоящее и будущее

Довольно сложно представить жизнь в современном мире без электричества: сегодня люди напрямую зависят от бесперебойной поставки электроэнергии, и потребность в ней возрастает с каждым днем. Частые случаи отключения электроэнергии, не справляющаяся с нагрузкой система центрального энергоснабжения вынуждает предприятия и частных лиц искать возможность автономного обеспечения электрической энергией. Возрастающая популярность электрогенераторов среди широкого круга потребителей электроэнергии имеет несколько объяснений.

Во-первых, автономные электрогенераторы незаменимы в качестве аварийных и резервных источников энергии на тех объектах, где прекращение подачи электричества может угрожать жизни и деятельности людей, а также на предприятиях с непрерывным технологическим циклом, когда остановка производства может вызвать значительные потери.

Во-вторых, электрогенераторы востребованы в случаях, когда подключение к центральной энергосистеме невозможно по причине отсутствия лимитов или удаленности сети от местонахождения объектов.

В-третьих, установки применяются при аварийно-спасательных и ремонтных работах, где невозможно обойтись без мобильных автономных источников энергии.

Для обеспечения бесперебойного обеспечения объектов электроэнергией сегодня все больше используются дизельные генераторы. Дизельные электрогенераторы состоят из дизельного двигателя и генератора переменного тока, установленных на раме, а также системы вентиляции, контроля и управления электростанцией. Принцип их работы достаточно прост: энергия, высвобождающаяся при сгорании топлива, приводит в движение кoленвал; вращающийся ротор генератора, в свою очередь, воздействует на обмотку статора, где и создается индукционный переменный ток. Таким образом осуществляется преобразование механической энергии в электрическую.

Дизельные генераторы имеют несколько несомненных преимуществ перед другими электрогенераторами: низкую стоимость, экономичность расхода топлива, возможность продолжительной автономной работы. Вырабатываемая дизельными электростанциями электроэнергия имеет сравнительно низкую себестоимость, вследствие чего оборудование быстро окупается.

Сегодня дизель-генераторы производятся множеством иностранных и российских компаний. Они разнообразны по мощности (от 2кВт до 3 МВт), виду тока (однофазный, трехфазный), частоте тока (50, 60, 400 Гц). Стоимость предлагаемых сегодня дизельных электростанций напрямую зависит марки производителя, вида двигателя и выходной мощности электроагрегата.

Дизельные генераторы могут иметь различную степень автоматизации. Они могут запускаться вручную (1-ая степень автоматизации), автоматически при отключении основного питания (2-ая степень автоматизации), а также обладать дополнительной системой дозаправки топлива и масла (3-я степень автоматизации).

В настоящее время возрастает популярность генераторов контейнерного типа, которые решают проблему монтажа электроагрегата. В этом случае отпадает необходимость оборудовать специальное помещение, обеспечивать вентиляцию и освещение. Дизельные электростанции контейнерного типа обладают высокой степенью надежности, т.к. они защищены цельным термоизоляционным корпусом от неблагоприятных погодных условий, механических повреждений, воздействия низких температур и перегрева.

Современные ДГУ управляются при помощи системы контроля, управления и мониторинга, который позволяет вовремя узнавать об аварийных ситуациях. Это очень важно для обеспечения бесперебойной работы агрегата. При этом пульт может располагаться как непосредственно на генераторе, так и в удалении от него. Уже сегодня для дистанционного мониторинга и контроля работы электроагрегата в системах управления применяются проводные и беспроводные каналы. Кроме этого, система может управляться по GSM и GPRS каналам, при использовании которых дистанция между электроагрегатом и контрольным пультом не ограничена.

Что же ждёт дизельные генераторы в будущем? Несомненно, спрос на них будет увеличиваться в связи с ростом производственных мощностей и индивидуальных потребностей человека.

Уже сегодня руководители крупных и средних предприятий осознают преимущества дизельных электростанций и проводят реструктуризацию энергетических мощностей. Огромное количество реализованных проектов энергоснабжения с использованием дизель-генераторных установок говорит о перспективности развития этого направления энергетического машиностроения. Кроме того, современные требования универсализации производства и расположения производственных линий в определенном месте очень часто не могут быть выполнены без автономных источников энергии, среди которых дизельные генераторы являются наиболее востребованными.

Компания «Русэнергоинжиниринг» предлагает дизельные электростанции различных производителей. На странице «Дизельные генераторы» Вы сможете подобрать электростанцию в соответствии с необходимыми параметрами.

По всем вопросам обращайтесь в нашу компанию по телефону +7 (812) 610-05-02.

Источник