что такое инверторные бензогенераторы
Что такое инверторный генератор: 7 главных отличий от обычного
Отправим материал на почту
В профессиональной деятельности и в быту для производства сварочных работ применяются инверторные генераторы. Такие аппараты сегодня есть у многих. В этой статье разберем, что значит инверторный генератор.
По сути, это электронный агрегат, преобразующий постоянный ток в переменный. В устройстве инверторного генератора разобраться не сложно: состоит из статора, на нем расположены отмотки и ротора. Последний оснащен несколькими полюсами с электро- или постоянными магнитами. За счет вращения ротора создается магнитное поле, которое пронизывает статорную обмотку. В результате этого в статоре возникает напряжение, вырабатываемое генератором.
Как работает инверторный генератор, в чем разница с обычным
Принцип его работы, в отличие от стандартного, заключается в том, что в процессе переработки топлива (бензина или дизеля) образуется переменный ток высокой частоты, который тут же преобразуется в постоянный и передается в батарею, где и аккумулируется.
По сравнению с инверторным, отличающимся низким уровнем шума во время работы, стандартный агрегат сильно шумит, выделяет выхлопной газ.
Портативный генератор – это мобильный дизельный или бензиновый аппарат, некоторые из моделей являются гибридами. У них двигатель может функционировать на нескольких видах топлива, например: смесь бензина и пропана.
Видео описание
Что такое инверторный генератор? Принцип работы и функции инверторного бензогенератора.
Инверторный генератор или обычный: что лучше
Специалисты рекомендуют выбирать обычный генератор в качестве аварийного источника электрической сети, а также для освещения строительных площадок.
Индивидуальные строения или жилые квартиры содержат много бытовых приборов и техники, работающих от электросети. Поэтому для них оптимальнее пользоваться инверторным устройством с правильно подобранной мощностью.
Характеристики напряжения инверторного электрогенератора
Параметр мощности — 0,8 – 0,9 кВт; топливо — бензин; потенциал на выходе — однофазный, 220 В. Форма напряжения – синусоидальная с незначительными искажениями. На качество синуса влияет уровень гармонических искривлений, допустимое значение – 8%.
Что выбрать классический или инверторный генератор?
Количество изготавливаемых производителями моделей на рынке великое множество. Разберем в этой статье некоторые особенности, которые помогут владельцам домов в покупке генераторного агрегата. Последовательность шагов:
У каждого собственника данная цифра будет сугубо индивидуальной. В среднем, для одного коттеджа требуется около 10-15 кВт электроэнергии. Для летнего дома достаточно 2-5 кВт.
Агрегаты бывают: обычный дизельный или бензиновый, инверторный.
Стандартный генератор
Электрический ток, который им вырабатывается, грубый, не совсем чистый. Его параметр сильно отличается от значения, указанного в паспортах производителей бытовой техники. По этой причине обычными генераторами нежелательно пользоваться, чтобы запитать высокоточную электронику. Однако такие агрегаты имеют ряд преимуществ:
Производители выпускают от самых маленьких в 1 кВт до больших мощностей в 9-10 кВт. Бывают промышленные образцы от 20 до 100 кВт. Однако для бытового применения они не подходят из-за избыточности мощности.
Генератор легок в работе, если соблюдать установленные изготовителем условия по эксплуатации.
Благодаря доступности, стационарные генераторы сегодня востребованы на рынке.
Видео описание
Слабые стороны, минусы инверторных генераторов.
Существуют помимо плюсов, недостатки:
Обычными устройствами нельзя пользоваться, если общая нагрузка будет меньше 25%, но и нежелательно превышение более 75%.
Если агрегат работает на бензине, не рекомендуется, чтобы двигатель эксплуатировался на постоянных оборотах. Это условие сильно влияет на качество вырабатываемой электроэнергии. Частые поломки установок возникают именно при несоблюдении данной рекомендации.
Инверторный генератор
Данные агрегаты подходят для обеспечения электроэнергией сложного стационарного оборудования, для которых требуется стабильное напряжение: компьютерные устройства, котлы отопления, различные контроллеры, электроника.
Инверторные генераторы имеют ряд преимуществ:
В случае неполной загруженности, при работе на малых оборотах, расходуется немного бензина.
Такой агрегат можно брать с собой на любое мероприятие, проводимое территориально далеко от цивилизации. Например: охота, рыбалка, поход.
В случае аварийного отключения электроснабжения жилого дома, в котором много бытовых приборов, оптимальнее подключить инверторный генератор. Ремонт и покупка новой техники, сгоревшей при резком скачке напряжения, выйдет немного дороже, чем цена генераторного агрегата.
В магазинах стоит примерно в 1.5 – 2 раза выше, чем стационарный генератор такой же мощности.
В случае выхода из строя какого-то элемента, надо приобретать новый генератор.
Выходит, что, если возникает необходимость постоянного источника электроэнергии зданий, строительных площадок или существует потребность в организации аварийного освещения, то есть смысл покупать стандартный генератор.
При функционировании на полной мощности, такой агрегат прослужит длительный срок. При этом не потребуется ремонт, также маловероятны дополнительные расходы в течении периода его эксплуатации. Если пользоваться только качественным топливом, своевременно проводить ТО с заменой масла, то значительно увеличится срок службы генератора.
В случае необходимости решения сразу 2-х задач одновременно: при авариях и как постоянный источник питания, то оптимальнее использовать комбинированное решение. При таком варианте одновременно работают стандартный и инверторный генераторы.
Видео описание
ТОП—7. Лучший инверторный генератор для дома. Рейтинг 2021 года.
Инверторные генераторы: в чем отличие от классических электростанций?
Принцип работы инверторного генератора отличается тем, что электроэнергия, выработанная генератором, не поступает в электросеть, а аккумулируется в батарее. А на классических электростанциях произведенная электрическая энергия поступает по линиям к потребителям.
Для сравнения: вес классической станции FUBAG модификации BS на 2 квт составляет 40 кг, а инверторный генератор такой же мощности – 22 кг, то есть в 2 раза меньше.
Устройство инверторного генератора
В конструкцию агрегата, объединенного в единый корпус, входят:
Для подключения приборов применяется общепромышленный вывод электрической энергии через 3 силовых контакта типовой розетки, рассчитанной на переменный ток 220 В.
Генераторы классифицируются по различным параметрам.
По конструктивным особенностям
Закрытые. Они могут работать в пыльных помещениях или на улице в любую погоду.
Открытые. Обычно это высокомощные модели, выдерживают сильные нагрузки, для них нужна хорошая вентиляция.
По мощности
Весят до 8 кг, выпускаются в виде маленького чемодана.
Имеют вес до 100 кг, сделаны как моноблок.
Весят больше 100 кг, это профессиональные устройства, работают в условиях высоких нагрузок.
По способу запуска
Ручной: чтобы включить, надо дергать за трос, обычно это дешевые модели.
Автоматический: запускается стартером, комплектуются мощные агрегаты.
По типу выходного сигнала (синусоиды)
Чистая. Применяются для снабжения электричеством высокоточного оборудования, которые очень чувствительны к скачкам электроэнергии: компьютеры, аудиосистемы, медтехника.
Модифицированная. Используются для питания не таких требовательных к параметрам электрической сети бытовых приборов: холодильники, телевизоры, микроволновка.
Управление сварочным инверторным генератором
Принцип действия такого агрегата основан на 2-х кратном преобразовании свойств электрического тока. У генератора должны быть следующие функции:
В ускоренном темпе поджигается дуга. Благодаря этому новичку будет несложно за счёт небольшого повышения рабочего тока получить устойчивое горение пламени.
Предохраняется агрегат от поломки в случае возникновения короткого замыкания во время сварки: напряжение падает до нуля, сила тока растет до бесконечности. При такой ситуации схема инвертора автоматически отключает устройство.
Важно при работе в условиях нестабильных электросетей, особенно актуально в сельской местности, а также при подключении к электрогенератору.
Принцип работы аппарата 220 В заключается в том, что чередуется рабочий режим сварки (ПВ) с периодическим отключением. При значении ПВ = 0,6 непрерывно сварочные работы можно выполнять 4 минуты. Потом агрегат отключится примерно через 4/0,6 = 6,67 мин. Данные параметры указываются производителем в паспорте устройства.
Заключение
Инверторный генератор – это электронный агрегат, преобразующий постоянный ток в переменный, передается в батарею, где и аккумулируется. Основное преимущество данного оборудования заключается в том, что он имеет маленький вес и габаритные размеры. Используется в качестве альтернативного источника питания.
Инверторный генератор или обычный: что лучше
Малогабаритные электростанции для домашнего использования получили широкое распространение благодаря тому, что с их помощью легко решаются проблемы с подачей электроснабжения. Компактные бензиновые и дизельные генераторы используются как для обеспечения бесперебойного электроснабжения, так и для выработки электричества в тех местах, где отсутствуют линии электропередач: на участке строительства, на пикнике. Выбор потребителей затруднен тем, что в продаже имеются несколько вариантов генераторов:
Оба типа работают на абсолютно одинаковом принципе: работа двигателя внутреннего сгорания преобразуется генератором в напряжение переменного тока 220 В при мощности потребителей до нескольких кВт. Отличие состоит в принципе стабилизации параметров выходного напряжения.
Конструкция и принцип работы
Как уже говорилось, оба типа электростанций имеют схожую конструкцию, которая включает в себя два основных элемента:
Далее рассмотрим принципиальные отличия в работе генераторов, поскольку они обеспечивают различное качество электрической энергии, влияют на экономичность и массу миниэлектростанции.
Электрическое напряжение сети переменного тока должно удовлетворять следующим условиям:
Несоблюдение параметров напряжения может вызвать повреждение или неработоспособность подключенных устройств. Особенно это касается стабильности уровня напряжения. Отклонение частоты сети может привести к нарушению нормального функционирования устройств, имеющих в конструкции двигатели переменного тока: циркуляционные насосы систем отопления, компрессоры холодильного оборудования.
Обычный генератор
В классическом варианте электростанции бензиновый или дизельный двигатель вращает ротор генератора переменного тока. С обмоток статора снимается напряжение переменного тока и поступает далее на распределительную панель электростанции для выдачи потребителям.
Увеличение тока потребления нагрузкой вызывает тормозящее усилие на ротор генератора, снижая, таким образом, частоту вращения. В результате понижается амплитудное значение напряжения и его частота. Снижение нагрузки вызывает обратный эффект. Самое опасное явление – при резком уменьшении потребляемой мощности возможны скачки напряжения, достигающие опасной величины.
Стабилизация частоты вращения в классических устройствах осуществляется в двух направлениях. Непосредственно частотой вращения двигателя внутреннего сгорания управляет центробежный регулятор, который регулирует подачу топлива, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Для более тонкой регулировки в статоре генератора предусмотрена дополнительная стабилизирующая обмотка, нагруженная на конденсатор. При увеличении частоты переменного напряжения сопротивление конденсатора уменьшается. Следовательно, увеличивается нагрузка на дополнительную обмотку. Увеличение тока дополнительной обмотки вызывает появление тормозящего магнитного поля, которое снижает частоту вращения ротора. При уменьшении оборотов процесс происходит в обратном порядке. Тормозящее поле стабилизирующей обмотки уменьшается, обороты статора возрастают.
Из данных рассуждений следует вывод – главный недостаток классических генераторов состоит в том, что, вне зависимости от величины нагрузки, обороты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания должны быть постоянными. То есть максимальная эффективность достигается только в режиме максимальной нагрузки. При минимальной мощности подключенных потребителей двигатель будет работать в холостом режиме, бесполезно расходуя топливо.
Обратите внимание! Не рекомендуется длительная работа генератора в режиме малой потребляемой мощности и на предельном режиме, поскольку как недогруженный, так и перегруженный бензиновый двигатель внутреннего сгорания может быстро выйти из строя.
Производители не рекомендуют использование обычных генераторов при работе с нагрузкой, которая составляет менее 25% от номинальной.
Инверторный генератор
У инверторного генератора используется тот же самый принцип выработки электроэнергии. Отличие заключается в том, что выходное напряжение генератора не идет сразу потребителю. В первую очередь, напряжение преобразуется в постоянное при помощи выпрямителя, сглаживается фильтрующим конденсатором, а затем поступает на инвертор для преобразования в переменное. В состав инвертора входят мощные транзисторные ключи, управляемые схемой на микроконтроллере.
Подобная схема построения имеет следующие преимущества:
Точность регулировки параметров выходного напряжения у инверторных генераторов является одной из самых высоких.
Это не одно из преимуществ инверторного генератора. Не менее важной особенностью является высокая экономичность. Это основано на том, что нет необходимости в строгом поддержании частоты вращения коленчатого вала и ротора генератора. Все равно переменное напряжение сначала выпрямляется. Это значит, что при работе с маломощной нагрузкой ротор генератора вращается с низкой частотой, и расход топлива минимальный. Большой вклад в снижение расхода топлива вносит встроенная аккумуляторная батарея, поскольку часть выработанного напряжения идет на ее зарядку, а включается батарея в работу либо для компенсации пиковых всплесков потребляемой мощности, либо при работе на минимальную нагрузку, когда ее емкости достаточно для работы инверторного преобразователя. Такое решение снижает ограничение на длительную работу при маленькой нагрузке с сохранением надежности системы в целом.
Достоинства инверторов
Все более широкое распространение инверторных устройств обуславливается высокими эксплуатационными характеристиками:
Недостатки инверторного генератора
Обладая превосходными электрическими параметрами и высокой экономичностью, инверторные генераторы имеют недостатки, которые следует учитывать при выборе:
Дополнительные возможности
Многие модели электростанций имеют возможность не только ручного запуска, но и при помощи электростартера. Это важно при использовании их в системах автоматического резервирования электропитания.
Большинство устройств снабжено защитой от превышения допустимого тока нагрузки, внезапных скачков напряжения. Часто имеется дополнительный выход для отбора низкого напряжения постоянного тока.
Все без исключения устройства имеют на панели измерительные приборы, позволяющие контролировать значение выходного напряжения, а дорогие многофункциональные устройства оснащены жидкокристаллическими дисплеями, которые позволяют оценивать большинство параметров, в том числе и форму напряжения на выходе, величину нагрузки, степень заряженности аккумулятора и количество оставшегося топлива. Инверторная схема содержит в себе микроконтроллер, при помощи которого легко реализуются всевозможные дополнительные функции контроля и управления.
Советы по выбору
Многообразие представленных моделей на рынке затрудняет выбор необходимого устройства. Обычно на первом месте стоит величина допустимой мощности нагрузки. Помочь в этом могут следующие данные по величине мощности:
Обратите внимание! В случае использования миниэлектростанций на строительстве их мощность должна не менее чем в полтора раза превышать мощность подключаемого электроинструмента. Так, если используется болгарка с мощностью 2 кВт, то в момент пуска ток потребления превышает номинальный в 1.5-2 раза. Следовательно, мощность генератора должна быть не менее 3 кВт.
Какой генератор выбрать, классический или инверторный? Для питания подавляющего большинства потребителей вполне достаточно обычного устройства. Выбор в пользу инвертора следует делать в следующих случаях:
Классическая миниэлектростанция более пригодна, если:
Бензиновый двигатель работает на высокооктановом бензине, дизельный –требует для работы соответствующее дизельное топливо. Иногда можно встретить конструкцию электростанции, которая работает с использованием сжиженного газа.
Распространенные заблуждения
Самым распространенным заблуждением, которое всячески поддерживается производителями инверторных генераторов, является якобы плохая форма выходного напряжения.
Во-первых, напряжение со статора генератора без подключения всякого рода полупроводниковых преобразователей, наоборот, имеет идеальную синусоиду. Это обусловлено самим принципом работы электрических машин. Достаточно вспомнить, что большинство электростанций, гидравлических, тепловых, атомных, то есть основанных на преобразовании механической энергии в электрическую, работают по совершенно одинаковому принципу с домашней электростанцией. А вот полупроводниковые элементы имеют нелинейную характеристику, и получение строгой синусоиды при помощи полупроводниковых преобразователей, в том числе инверторов, требует больших технических ухищрений.
Во-вторых, большинство современных потребителей используют встроенные импульсные источники питания, которым не важны форма и частота напряжения (в разумных пределах), поскольку первое, что содержит схема блока питания, – это выпрямитель и фильтр. Таким потребителям, как утюги, электрочайники и электроплиты, вообще все равно, какое напряжение подается на вход. Единственные устройства, которым важны частота и форма напряжения питания, – асинхронные двигатели и трансформаторы.
Второе распространенное заблуждение связано со сложностью конструкции инверторных генераторов. Здесь можно сказать, что это касается, главным образом, лишь изделий малоизвестных производителей, которые предлагают дешевое оборудование. Ведущие фирмы отработали схемные решения инверторов до совершенства, используют только качественные комплектующие и совершенные линии сборки. Электронная схема блока управления и контроля инверторных устройств защищена от воздействия влаги и пыли, поэтому хорошие устройства выходят из строя крайне редко и при соблюдении рекомендованных требований могут прослужить достаточно долго.
Что касается поломок двигателей внутреннего сгорания, то в большинстве конструкций используются уже давно обкатанные приводы, имеющие высокую надежность и долговечность. При условии использования требуемых и качественных горюче-смазочных материалов, регулярном техническом обслуживании (замена фильтров, свечей зажигания) выход из строя двигателей маловероятен.
Как было показано, от правильной формулировки требований зависит, какой конструкции устройства отдать предпочтение. Оба типа имеют свои области применения, преимущества и недостатки, но зачастую могут быть взаимозаменяемы, поэтому нельзя категорически утверждать, что же все-таки лучше. В настоящее время, пока цены на инверторные устройства не снизятся до разумных пределов, большая часть покупателей ориентируется на привычные устройства, которые используют бензиновый двигатель с генератором переменного тока и простейшей схемой управления.
Видео
Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения
Содержание
Содержание
Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?
Инверторный электрогенератор — что это?
В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.
В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.
Схема классического электрогенераторабез инверторной технологии
Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.
Схема электрогенератора с использованиемнезависимого формирователя выходного напряжения
Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.
Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:
Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.
Характеристики переменного напряжения
Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?
Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.
Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:
Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.
Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.
Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.
Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов
Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.
Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора
С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.
Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.
А что творится в обычной розетке?
Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.
Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети
Спектр напряжения в бытовой электросети
По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3.4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.
Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов
Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.
Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа
Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.
С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.
Классическая автономная электростанция
Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.
У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.
Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.
А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.
Автоматический регулятор напряжения (AVR)
А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.
Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами
Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.
Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе
Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт Нагрузка 1700 Вт
Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт
Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт
При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.
Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.
Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки
Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.
А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.
Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки
При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.
Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.
Инверторная автономная электростанция
В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.
Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.
Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–600 Гц).
Отпадает необходимость в роторе с обмоткой для создания электромагнита. Блок AVR тоже становится лишним. Ведь уровень напряжения, необходимый для питания инвертора можно регулировать, изменяя обороты двигателя. Поэтому на роторе можно установить постоянные магниты. Все эти конструктивные особенности значительно уменьшают размеры и вес альтернатора.
Синхронный многополюсный альтернатор с внешним ротором на постоянных магнитах мощностью 1,25 кВт
Показанная на фото инверторная электростанция имеет в составе два многополюсных генератора переменного тока, которые установлены по обе стороны коленчатого вала. В результате параллельной работы двух альтернаторов номинальная мощность электростанции составляет 2,5 кВт.
А вот так выглядит типичный блок формирователя выходного напряжения, в составе которого установлен выпрямитель и, собственно, инвертор. Размеры данного блока 175х130х80 мм.
Характеристики напряжения инверторного электрогенератора
Форма выходного напряжения инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.
Форма выходного напряжения на выходе инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт
Форма напряжения близка к «идеальной» синусоиде. Измерения коэффициента гармоник показали отличные результаты. Уровень искажений меньше, чем в бытовой электросети и в несколько раз меньше требований ГОСТа.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт
Уровень гармоник выходного напряжения инверторной электростанциипри разных величинах нагрузки
Далее показана зависимость выходного напряжения от подключаемой нагрузки.
Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки
При увеличении нагрузки напряжение уменьшается, но незначительно. Наблюдаются провалы напряжения в моменты подключения нагрузки. Более всего это заметно при резком увеличении нагрузки с нуля. Такие провалы объясняются конкретными схемотехническими решениями при разработке инвертора и в разных реализациях могут отличаться по величине.
А вот если посмотреть на график частоты выходного напряжения от нагрузки, то увидим ровненькую горизонтальную линию. При этом нагрузка к генератору подключалась аналогично предыдущему графику. Такие стабильные параметры являются следствием того, что инверторный преобразователь имеет свой собственный задающий электронный генератор, и его частота никак не зависит от оборотов двигателя.
Параметры напряжения инверторной электростанции полностью удовлетворяют требованиям ГОСТа. Отличительной особенностью являются малые гармонические искажения выходного напряжения и высокая стабильность частоты.
В каждой бочке бывает ложка…
Нельзя не отметить одну особенность инвертора, которой пользуются производители, чтобы удешевить его конструкцию. Дело в том, что по определению инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом речь не идет о форме этого переменного напряжения. Синусоидальную форму выходного напряжения чисто технически получить несколько сложнее, чем прямоугольную. В результате некоторые производители устанавливают на свои электростанции инверторы, которые вместо синуса дают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, при этом их ширина и амплитуда подобраны таким образом, что дают среднеквадратическое значение напряжения как раз в 220–230 В. Все это называют ступенчатой аппроксимацией синусоиды. Ниже показана форма выходного напряжения инверторной электростанции с выходным напряжением в виде как раз той самой ступенчатой аппроксимации.
Форма выходного напряжения инверторной электростанции со ступенчатой аппроксимацией синусоиды
Да, некоторое оборудование вполне сносно переваривает такую форму напряжения, но называть такую электростанцию универсальной для питания любого электрооборудования было бы опрометчиво. Сложно гарантировать стабильную и безотказную работу оборудования, подключенного к такому электрогенератору. Либо надо знать, что подключаемое оборудование допускает работу от напряжения такой формы.
К сожалению, производители зачастую умалчивают об этом параметре, но зато громко заявляют, если их изделие выдает «чистый» синус.
Что в итоге?
Основным преимуществом инверторных электростанций является малый вес и габариты. В среднем инверторная электростанция в 1,5-2 раза легче и меньше классической. Такие показатели удалось достичь благодаря применению многополюсного генератора переменного тока с внешним ротором на постоянных магнитах и работающего на повышенной частоте. А применяется такой генератор как раз из-за независимого формирователя выходного напряжения — инвертора. Ко всему прочему все эти технические решения увеличивают КПД электрогенератора, что уменьшает потребление горючего двигателем.
Что касается качества выходного напряжения, то тут неоспоримым преимуществом инвертора по сравнению с классической электростанцией является низкий уровень искажений формы выходного напряжения. На выходе практически идеальная синусоида (если, конечно, не попался инвертор с аппроксимацией). Тоже можно сказать и о стабильности частоты. Такие параметры позволяют использовать инверторную электростанцию для питания любого оборудования, не опасаясь негативных последствий.
Стабильность напряжения инверторной электростанции ничем не выделяется на фоне этого же параметра классического электрогенератора. И у того, и другого устройства этот параметр находится на должном уровне и зависит от применяемых решений при разработке и изготовлении AVR или инвертора.