Кпд электрогенераторов малой мощности

КПД бензиновых и дизельных электрогенераторов

Невысокая стоимость, компактные размеры и малая шумность от работающей установки делают бензиновое оборудование популярными. Однако часто потребители задают вопрос: так ли выгодна покупка данного аппарата? Выбор зависит от целей создания автономного электроснабжения. Если для резервного источника энергии, то оптимально подойдет бензиновый генератор. Для постоянного обеспечения электротоком рационально приобретать дизельгенерирующую электроустановку.

Главным отличием агрегатов является коэффициент полезного действия. Данный показатель характеризует бензиновые генераторы не с лучшей стороны: их КПД в среднем составляет 0,18%-0,24%. Производители этого оборудования постоянно ломают голову над повышением коэффициента полезного действия. В последнее время удалось совершить качественный скачок при переходе в компоновке двигателя на верхние клапаны. Система OHV значительно уменьшает площадь камеры сгорания, что снижает и сам нагрев ДВС. Наряду с этим достигнуто увеличение степени сжатия до 7-9 единиц, что сократило потребление топлива. Но это предел увеличения КПД.

Существует теория, что прорыв можно совершить, отказавшись от использования карбюратора и заменив его на систему впрыска с использованием электронного управления. Но сегодня стоимость даже самой простой из них равна цене всего двигателя, вследствие чего установка сделает аппарат очень дорогим и его приобретение станет экономически невыгодным. Более перспективным направлением в плане высокого коэффициента полезного действия считаются дизельные электрогенерирующие установки, КПД которых варьируется в диапазоне от 0,70% до 0,80%. Чтобы рассмотреть более подробно, в чем же заключается выгода таких показателей, возьмем конкретный пример.

Согласно паспортным данным, дизельный и бензиновый генераторы, номинальная мощность которых составляет 2 кВт, расходуют 280г/кВт*ч и 395г/кВт*ч соответственно. То есть, ДГУ потребляет топлива в 1.4 раза! При минимальной нагрузке расход увеличивается на 10%, что повышает выгоду до 1,87 раза.

Источник

Объективные преимущества и недостатки дизельных генераторов

Дизельные генераторы — специальные автономные устройства, предназначенные для выработки электроэнергии. Они используются в строительной, промышленной и коммерческой отраслях, а также в МЧС, военной сфере, медицине. ДГУ (дизель-генераторные установки) малой мощности отлично подходят для применения в быту.

Обычно дизельные электростанции используют в местах, где центральное энергоснабжение работает с перебоями или полностью отсутствует. ДГУ могут выполнять функцию главного или второстепенного (запасного) источника электричества.

Коэффициент полезного действия

Зная потери в машине, можно определить коэффициент полез­ного действия (к. п. д.) машины.
а) Коэффициент полезного действия генератора постоянного тока.

Для генераторов к. п. д. представляет собой отношение электрической полезной мощности к механической мощности на валу и определяется по формуле:

Механическую мощность на валу генератора можно представить как:

Электрическая полезная мощность генератора определяется по формуле:

— сумма всех потерь в машине;

— напряжение на зажимах генератора;

ток, отда­ваемый генератором в сеть.

Тогда для генератора коэффициент полезного действия можно определить по формулам:

б) Коэффициент полезного действия двигателя постоянного тока.

Коэффициентом полезного действия двигателя постоянного тока называется отношение механической мощности на валу двигателя Р2 к подводимой к двигателю электрической мощности Р1.

В двигателях подводимая мощность Р1 определяется по формуле:

— напряжение на зажимах двигателя;

ток, потребляемый двигателем.

Механическую мощность на валу двигателя можно представить как:

— сумма всех потерь в машине;

Тогда для двигателя коэффициент полезного действия можно определить по формулам:

Так как к. п. д. машины зависит от суммы потерь, то он — вели­чина непостоянная, т. е. зависит от нагрузки.

При х. х. машин, когда полезная мощность равна нулю, к. п. д. = 0.

По мере увеличения нагрузки к. п. д. машины быстро увеличивается.

Наибольшее значе­ние он имеет при нагрузке, равной (0,8-1) Рном когда постоянные потери равны переменным.

При значительных перегрузках вслед­ствие увеличения потерь в сопротивлениях цепи якоря к. п. д. снова снижается.

Рис.20.1. Зависимость к.п.д. машины от нагрузки

Современные элек­трические машины имеют высокий к. п. д.

Так, для машин постоян­ного тока:

мощностью 10 кВт к. п. д. η = 0,83- 0,87;

мощностью 100 кВт; η =0,884-0,93;

мощностью 1000 кВт η = 0,92-0,96.

Маши­ны малой мощности имеют меньшее значе­ние к. п. д., например для двигателя мощ­ностью 10 Вт η = 0,34-0,4

Дата добавления: 2014-12-24 ; ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Преимущества автономных дизельных электростанций

Если быть объективным, то стоит признать некорректным сравнение бензиновых и дизельных электрогенераторов. Дело в том, что установки, работающие на этих типах топлива, предназначены для эксплуатации в разных условиях.

Общие положительные характеристики

Итак, какие преимущества имеют дизельные генераторы:

• Большой выбор по номинальной мощности — можно найти бытовые генераторы на 2-3 кВт, а также промышленные агрегаты, выдающие до 3000 кВт.
• КПД современных агрегатов достигает 70–80%, для других типов устройств такой показатель еще недостижим.
• Дизельные генераторы отличаются меньшим расходом топлива. Для выработки 1 кВт*ч электроэнергии потребуется в пределах 250–290 грамм топлива.
• Конструктивная схема без системы зажигания способствует упрощению технического обслуживания агрегатов.
• ДГУ показали идеальную работоспособность при нагрузке в пределах 50-90% от допустимой.
• Практика показала, что средний моторесурс агрегатов до капитального ремонта составляет 20–30 тысяч часов, а у отдельных моделей этот показатель еще выше.
• Считается, что дизельные генераторы более пожаробезопасны, но это не совсем объективная оценка, любой двигатель внутреннего сгорания потенциально опасен. К плюсам отнесем то, что есть модели для разных условий, в том числе допускается и установка на открытом воздухе.
• Благодаря тому, что они могут работать в длительном режиме без остановок, допускается применение дизельного генератора не только в качестве аварийного или резервного, но и как основной источник электроэнергии.
• При поддержании оборудования в режиме готовности возможен быстрый запуск, в том числе и автоматический переход при отключении основного источника.

А теперь давайте сравним присущие ДЭС преимущества и недостатки с другими типами техники.

Сравнение дизельных генераторов с бензиновыми и газопоршневыми агрегатами

Если сопоставлять основные показатели, то получим такую картину:

• Для генерирующих установок с бензиновыми двигателями характерен КПД в пределах 25–30%. Выдаваемая мощность обычно не превышает 15–18 кВт, при этом на выработку каждого потребуется 350–400 грамм топлива. Моторесурс самых совершенных установок не превышает 2500–3000 часов, а само обслуживание обойдется дороже.
• Газовые генераторы в основном представлены промышленными моделями от 200 кВт, выбор бытовых установок существенно ограничен. КПД устройств обычно не превышает показатель 35–40% при расходе на каждый получаемый киловатт около 0,4–0,5 кубометров газообразного топлива. К монтажу установок подобного типа предъявляются более жесткие требования, кроме того, требуется подключение к магистрали или обустройство большого по объему газгольдера.

Для наглядности сведем сравнительные данные в таблицу:

Мощность	Расход топлива	КПД	Моторесурс	Необходимость подключения к магистральным трубопроводам	Пожаробезопасность
Дизель	+	+	+	+	отсутствует	+
Бензин	—	—	—	—	отсутствует	—
Газ	+/-	—	—	+	требуется	—

С тем, какие преимущества относятся к дизельным генераторам, разобрались, а теперь скажем и об объективных минусах.

Общие положения

Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности P2 к потребляемой мощности P1:

или в процентах

Современные электрические машины имеют высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к. п. д. составляет 83 – 87%, мощностью 100 кВт – 88 – 93% и мощностью 1000 кВт – 92 – 96%. Лишь малые машины имеют относительно низкие к. п. д.; например, у двигателя постоянного тока мощностью 10 Вт к. п. д. 30 – 40%.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента полезного действия электрической машины от нагрузки

Кривая к. п. д. электрической машины η = f(P2) сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем к. п. д. достигает максимального значения (обычно при нагрузке, близкой к номинальной) и при больших нагрузках уменьшается (рисунок 1). Последнее объясняется тем, что отдельные виды потерь (электрические Iа 2 rа и добавочные) растут быстрее, чем полезная мощность.

Прямой и косвенный методы определения коэффициента полезного действия

Прямой метод определения к. п. д. по экспериментальным значениям P1 и P2 согласно формуле (1) может дать существенную неточность, поскольку, во-первых, P1 и P2 являются близкими по значению и, во-вторых, их экспериментальное определение связано с погрешностями. Наибольшие трудности и погрешности вызывает измерение механической мощности.

Если, например, истинные значения мощности P1 = 1000 кВт и P2 = 950 кВт могут быть определены с точностью 2%, то вместо истинного значения к. п. д.

Условия максимума коэффициента полезного действия

Различные виды потерь различным образом зависят от нагрузки. Обычно можно считать, что одни виды потерь остаются постоянными при изменении нагрузки, а другие являются переменными. Например, если генератор постоянного тока работает с постоянной скоростью вращения и постоянным потоком возбуждения, то механические и магнитные потери являются также постоянными. Наоборот, электрические потери в обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной изменяются пропорционально Iа², а в щеточных контактах – пропорционально Iа. Напряжение генератора при этом также приблизительно постоянно, и поэтому с определенной степенью точности P2 ∼ Iа.

Таким образом, в общем, несколько идеализированном случае можно положить, что

где коэффициент нагрузки

Определяет относительную величину нагрузки машины.

Суммарные потери также можно выразить через kнг:

где p – постоянные потери, не зависящие от нагрузки; p1 – значение потерь, зависящих от первой степени kнг при номинальной нагрузке; p2 – значение потерь, зависящих от квадрата kнг, при номинальной нагрузке.

Подставим P2 из (5) и pΣ из (7) в формулу к. п. д.

Установим, при каком значении kнг к. п. д. достигает максимального значения, для чего определим производную dη/dkнг по формуле (8) и приравняем ее к нулю:

Это уравнение удовлетворяется, когда его знаменатель равен бесконечности, т. е. при kнг = ∞. Этот случай не представляет интереса. Поэтому необходимо положить равным нулю числитель. При этом получим

Таким образом, к. п. д. будет максимальным при такой нагрузке, при которой переменные потери kнг² × p2, зависящие от квадрата нагрузки, становятся равными постоянным потерям p.

Значение коэффициента нагрузки при максимуме к. п. д., согласно формуле (9),

Если машина проектируется для заданного значения ηмакс, то, поскольку потери kнг × p1 обычно относительно малы, можно считать, что

Изменяя при этом соотношение потерь p и p2, можно достичь максимального значения к. п. д. при различных нагрузках. Если машина работает большей частью при нагрузках, близких к номинальной, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было близко к единице. Если машина работает в основном при малых нагрузках, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было соответственно меньше.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Как работают дизельные генераторы?

Электрогенераторы дизельного типа — устройства, которые функционируют по принципу преобразования механической энергии в электрический ток. Топливо, которое сгорает в цилиндре, стимулирует вращение подвижного вала, который раскручивает ротор.

Вращательные движения образуют магнитное поле, преобразующееся впоследствии в электричество. Аналогичным образом функционируют как стационарные, так и передвижные электроустановки. Современные дизель-генераторные установки работают на электромагнитной индукции, которая была открыта М. Фарадеем еще в XIX в.

• ДГУ состоят из следующих компонентов:
• двигателя внутреннего сгорания, работающего на дизельном горючем;
• систем топливной и воздушной подачи;
• охладительной системы;
• синхронного или асинхронного электрогенератора;
• ЭБУ (электронного блока управления);
• топливного резервуара;
• рамы (основания), которая изготавливается из высокопрочной стали.

Для обеспечения безопасности людей, взаимодействующих с оборудованием, и защиты уязвимых элементов конструкции электростанцию оснащают специальным кожухом или блок-контейнером. Последний также позволяет поддерживать оптимальный микроклимат, если установка расположена вне подготовленного помещения.

Энергетические соотношения и КПД машин постоянного тока

Мощность и потери. Характер подводимой к машине мощности зависит от ее режима работы: у генераторов это механическая мощность P1= k1Mn, у двигателей – электрическая мощность P1 =UI. Характер снимаемой с машины полезной мощности – противоположный: у генератора это электрическая мощность P2= UI, у двигателя – механическая P2=k2Mn. В машине всегда есть мощность потерь ∆Р, которая складывается из мощности электрических потерь (потери в меди) ∆Рэл = RI 2 , идущих на нагрев обмоток, мощности магнитных потерь (потери в стали) ∆Рмаг, мощности механических потерь (потери на трение) ∆Рмех и мощности добавочных потерь ∆Рдоб ≈ 0,01 Рном, где Рном – номинальная мощность. Таким образом, ∆Р = ∆Рмех + ∆Рмаг + ∆Рэл +∆Рдоб и Р1 = Р2 + ∆Р.

КПД машины. КПД машины можно рассчитать по формуле η = P 2/ P1. При экспериментальном определении КПД проще и, главное, точнее измерять не механическую мощность, а электрическую, и рассчитывать потери. Поэтому для определения КПД генератора пользуются формулой

Зависимость мощности и КПД генератора

• Главная
• >Изготовление генераторов

>

КПД и мощность генератора это взаимосвязанные вещи. И судя по всем расчётам и формулам, а также по реальным данным прокрутки генераторов на нагрузку, можно увидеть что максимальная мощность генератора когда его напряжение просаживается ровно на 50% от напряжения без нагрузки. При всех других вариантах, когда напряжение генератора падает более 50% или менее, мощность генератора падает.

КПД генератора тоже зависит от падения напряжения, и самый высокий КПД при самой маленькой просадке напряжения. Соответственно чем больше просадка по напряжению тем ниже КПД генератора. Генератор и нагрузку можно представить как два сопротивления в замкнутой цепи, и потреблять больше энергии будет то сопротивление которое выше, так-как на нём меньше падение напряжения при равном токе во всей цепи.

Катушки генератора, то-есть его обмотка по сути работает сама на себя, а нагрузка является лишь проводником замыкающим концы обмоток генератора. Обмотка генератора является также и потребителем своей собственной энергии. По этому катушки становятся магнитами и сопротивляются магнитному полю магнитов, от этого появляется нагрузка при вращении генератора. Но сколько энергии потребляет обмотка генератора, а всё по закону Ома. Потребление обмотки зависит от падения напряжения и тока протекающего через обмотку.

Так к примеру если падение напряжения генератора составило 20 вольт, а сопротивление его обмотки 1,5 Ом, то ток цепи будет равен падению напряжения делённого на сопротивление, и тогда 20v:1.5om=13.3 A. Соответственно умножаем этот ток на напряжение, которое упало на обмотке и получим ту мощность которую потребляет обмотка генератора. То-есть 20v*13.3A=266 Watt.

К примеру мы заряжаем аккумулятор, и его напряжение при заряде 14 вольт. Напряжение генератора упало на 20 вольт, значит оно было в холостую 34 вольта, и падение составило 58%. И тогда мощность потребляемая аккумулятором составит 14*13.33=186 ватт. То-есть 186 ватт жрёт аккумулятор, а 266 ватт жрёт обмотка генератора создавая магнитное поле. Общая мощность которую потрбляет вся эта связка генератор+АКБ равна 266+186=452 ватта. КПД генератора соответственно 41%. Собственно по-этому винт для ветрогенератора в этом случае должен иметь большой запас по мощности, более чем в два раза мощней чем та мощность что выходит из генератора.

Активное сопротивление потребителя, в данном случае АКБ при этом составит, 14V поделённое 13.3A=1.05 Ом.

Вариант второй: Допустим напряжение генератора падает на 15%. Какой будет его КПД в процентах?, и его мощность в процентах от максимально возможной?. Если падение напряжения составило 15% то это значит что сопротивление нагрузки выше чем сопротивление обмотки генератора. Какое оно это сопротивление? Напряжение делённое на ток является сопротивлением, а ток зависит от падения напряжения поделённого на сопротивление.

Пускай будет те-же 34 вольта в холостую у генератора, и его сопротивление 1.5 Оm. Напряжение упало на 15% и составило 25.5 вольт, разница 34-25.5=8,5 вольт. Ток равен падению напряжения умноженного на сопротивление. Тогда 8.5:1.5=5.6А — ток в цепи, 8.5*5.6 это 47.6 ватта, то-есть 47.6 ватт потребление генератора (падает на обмотке генератора в виде создания электрического поля). А потребление нагрузки равно её току и напряжению, это значит 25.5v*5.6a=142.8Watt. Общее потребление всей связки генератор и нагрузка равно 47.6+142.8=190.4 ватта. В этом случае кпд генератора 75%. А сопротивление нагрузки 25.5:5.6=4.5om

Что-же из этого всего следует, а следует прямая зависимость КПД генератора и его мощности от падения напряжения на нём в процентном соотношении. КПД генератора прямо пропорционален падению напряжения на нём. Мощность генератора пропорциональна падению напряжения, и самая высокая мощность когда падение напряжения составляет 50%

Таким образом если хотите с генератора всегда снимать максимум мощности, при любых оборотах то нужно напряжение держать на уровне 50%, но КПД генератора в таком режиме всегда будет равен 50%.

На компетентность и правдивость изложенной информации в статье я не претендую

. Это лишь моё видение картины на данный момент моего развития в этой теме, и я вполне могу заблуждаться и сделать неверные выводы из всего этого. Вам решать какие делать выводы из этого. Но если я заблуждаюсь насчёт КПД регенератора, когда говорю что если сопротивление генератора выше то он сам потренбляет больше энергии чем отдаёт нагрузке. То спросите себя куда девается энергия, механическая энергия если КПД генератора например 80%. Например если генератор на 3кВт и его КПД 80% то значит что порядка 800 ватт у нас потери КПД. Где эти потери, в чём они выражаются? Неужели всё уходит в нагрев генератора, целых 800 ватт, да обмотка расплавится и сгорит если там будет выделяться тепла почти 1 кВт, от генератора как от печки тогда можно помещение отапливать. А если КПД 50% то страшно представить сколько там на нагрев пойдёт.

Нет, не на нагрев уходит мощность, а на создание магнитного поля, катушки становятся электромагнитами и потребляют энергию сопротивляясь вращению ротора. Именно в магнитное поле обмотки генератора уходит основная часть энергии, которая падает на генераторе. Ниже видео где я попытался объяснить описанное в статье.

Источник