Как выбрать генератор и рассчитать мощность

Как выбрать генератор и рассчитать мощность?

КАК ВЫБРАТЬ ГЕНЕРАТОР

Выбор генератора зависит от многих параметров. Основные из них — это цена, мощность (зависит от суммарной мощности нагрузки и ее типа), тип двигателя генератора или топливо.

1. УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Электростанция состоит из двигателя и генератора, которые крепятся к стальной раме или к станине посредством амортизаторов. Двигатель и генератор находятся на одном валу. Двигатели могут быть разных типов: бензиновые, дизельные, газовые. Генераторы могут быть синхронными и асинхронными.
Генератор может быть оснащен системами запуска и стабилизации частоты вращения. Запуск двигателя электростанции может осуществляться вручную (шнуром), с помощью электростартера (ключ или кнопка), автоматически (системой автоматического пуска).
Часто в электростанциях малой мощности встречаются комбинированные варианты — электростартер и ручной запуск.

2. ТИПЫ НАГРУЗОК

Нагрузка (электроприбор, который подключается к генератору) обладает двумя составляющими — активной иреактивной.
Активная нагрузка. Вся потребляемая энергия превращается в тепло (чайники, утюги, лампы накаливания, электроплиты, обогреватели и т.п.).
Реактивная нагрузка. Реактивная составляющая появляется у всех остальных приборов, которые имеют в своей конструкции катушки индуктивности (двигатели) и/или конденсаторы. Примеры нагрузки, обладающей реактивной составляющей, — холодильник, дрель, кондиционер, микроволновая печь и т.п. В таких нагрузках часть энергии превращается в тепло (активная составляющая), а часть тратится на образование электромагнитных полей (реактивная составляющая).

3. ПУСКОВОЙ ТОК

При запуске двигателя кратковременно возникают пусковые токи. Пусковой ток возникает на очень короткий промежуток времени (доли секунды), но может в несколько раз превышать номинальное значение. В разных приборах пусковые токи могут достигать значений в несколько раз выше номинального. Самый тяжелый запуск у погружных насосов.
У погружного насоса нет фазы холостого хода. Значение пусковых токов у погружных насосов достигает 7-кратного превышения от заявленного в паспорте номинального тока. К сожалению, пусковой ток невозможно измерить обычными бытовыми приборами. Бытовые измерительные приборы слишком инерционны и не успевают отреагировать на очень кратковременный всплеск пускового тока.
Многие производители не указывают данный параметр в своих спецификациях, поэтому приходится пользоваться ориентировочными значениями. Можно воспользоваться данными в приведенной ниже таблице.

Коэффициенты пусковых токов, которые необходимо учитывать при подключении приборов:

Приведенные данные являются усредненными и не отражают реальной ситуации каждого конкретного случая.

4. ДВИГАТЕЛИ

Бензиновые двигатели. Обеспечивают легкий запуск даже при низких температурах, дешевле дизельных, используются для кратковременного включения.

Двигатели в бензиновых генераторных установках бывают 2- и 4- тактными.
2-тактные. Применяются для маломощных и компактных генераторных установок. В них бензин перемешивается с маслом. Наработка на отказ не более 500 часов. Непрерывная ежедневная работа не более 1 часа в сутки. Применяются для загородных поездок на природу или для небольшого дачного участка.
4-тактные. Более мощные и экономичные по сравнению с 2-тактными, профессиональные модели могут беспрерывно работать около 8-ми часов в сутки. Имеют высокий запас прочности, наработка на отказ до 2000 часов.
Дизельные двигатели имеют больший моторесурс, чем бензиновые, меньший расход топлива, более длительный период работы на отказ, высокую начальную стоимость и используются в основном в качестве постоянного источника электроэнергии.
Какой генератор выбрать: дизельный генератор или бензогенератор?
Для ответа на этот вопрос необходимо понять, с какой целью приобретается генератор. Если генератор необходим как аварийный источник на небольшие промежутки времени в период отключения постоянной подачи электроэнергии, то более целесообразным было бы обратить внимание на бензогенератор. Если же покупатель преследует цель использовать генератор в качестве постоянного бесперебойного источника электроэнергии в течение длительного времени — есть смысл обратить внимание на дизельные генераторы, невзирая на их более высокую первоначальную стоимость. Генератор, работающий на бензиновом топливе, существенно дешевле дизельной модификации. Однако, затраты на топливо и техническое обслуживание генератора, функционирующего на бензине, выше, чем у дизельного генератора.

5. ГЕНЕРАТОРЫ
Генераторы бывают синхронными и асинхронными, однофазными и трехфазными.
Синхронный генератор. Более высокое качество электроэнергии, чем у асинхронных. Способны выдерживать 3-кратные кратковременные перегрузки. Рекомендован для питания реактивных нагрузок с высокими пусковыми токами.
Асинхронный генератор. Плохо переносит пиковые перегрузки. Низкая стоимость по сравнению с синхронным. Устойчивость к короткому замыканию. Рекомендован для питания активных нагрузок (лампы накаливания, электроплиты, теплотехника и .т.п.). При подключении реактивной нагрузки (электродвигатели) необходим запас по мощности в 3-4 раза. Перегрузка генератора чревата выходом из строя.
Инверторные генераторы. Конструктивно похож на асинхронный генератор и имеет электронный регулятор напряжения. Вырабатывает электроэнергию высокого качества(стабильные напряжение и частота тока), что позволяет производить подключение электронной техники, чувствительной к изменению выходных параметров.

6. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРА
Перед тем как выбрать генератор, необходимо определить, для каких целей он необходим, т.е. определить, какую нагрузку вы будете к нему подключать.
С расчетом мощности генератора для активных нагрузок все относительно просто. Если ваша нагрузка 10 лампочек накаливания по 100 Вт, то мощность генератора должна быть 1 кВт.
При расчете мощности для реактивной нагрузки пользуются мерой реактивности называемой cos φ.
ПРИМЕР: cos φ равен (указан в паспорте прибора) 0,8 — это значит, что 80% потребляемой энергии — активная, 20% -— реактивная.
В паспорте прибора или на шильдике обычно указывают «активную» потребляемую мощность и cos φ. Для расчета полной мощности необходимо указанную активную мощность разделить на cos φ.
ПРИМЕР: на дрели указано Р=600 Вт, cos φ=0,8. При расчете используют формулу Р/cos φ. Полная мощность рассчитывается: 600/0,8=750 Вт.
Для более точного расчета необходимо учитывать и cos φ самого генератора. Если он равен 0,85, то необходимо полную расчетную мощность прибора разделить на cos φ генератора.
ПРИМЕР: 750/0,85=882 Вт. Т.е. для нормальной работы дрели с характеристиками Р=600 Вт, cos φ =0,8 и генератора с характеристикой cos φ =0,85 минимальная мощность генератора должна составлять 880 Вт. или 0,88 кВт.
На этом, казалось бы, можно и остановиться при выборе генератора, но необходимо учитывать еще один параметр— пусковой ток. Двигатель в момент включения потребляет энергии в несколько раз больше, чем в номинальном рабочем режиме. Если не учитывать данный параметр, то ваш генератор может в лучшем случае не запуститься, а в худшем — выйти из строя. Для расчета мощности генератора для запуска дрели необходимо рассчитанную выше мощность умножить на коэффициент равный 3. Пример: 880 Вт*3,5 = 3080 Вт.
Итак, мы рассчитали мощность генератора, необходимого для работы нашей дрели мощностью 600 Вт, и получили генератор мощностью 2,5-3 кВт.
В случае с дрелью, которую необходимо периодически включать и выключать, не рекомендуется подключать дополнительную нагрузку на время ее работы. В случае если используется реактивная нагрузка, которая работает в длительном режиме без отключения, то после запуска двигателя и выхода его на номинальный режим (пусковые токи образуются на доли секунды) можно смело использовать свободную мощность генератора для подключения активной нагрузки.
ПРИМЕР: генератор 2,5 кВт питает освещение в доме и на участке — 10 лампочек накаливания по 100 Вт. Вам необходимо запустить бетоносмеситель номинальной мощностью 0,7 кВт. Свободная мощность генератора в работающем состоянии с подключенной нагрузкой (освещением) составляет 1,5 кВт. Для запуска бетоносмесителя потребуется 2,6 кВт. Поэтому для нормальной работы генератора необходимо отключить всю нагрузку (освещение), запустить бетоносмеситель и после этого включить осветительные приборы. Если установить генератор мощностью 4 кВт, то бетоносмеситель можно запускать и при включенном освещении.
Приведенным алгоритмом расчета можно пользоваться в простейших случаях. В случаях, когда много разнородных нагрузок, необходимо обращаться в специализированные предприятия, которые выполняют работы по расчету и подключению нагрузки.

Информация взята с офицальных каталогов Champion

Мощность синхронного генератора (альтернатора)

В самом начале нужно определиться с терминологией. Электрическая энергия вырабатывается классическим синхронным генератором, иначе называемым альтернатором. Он приводится во вращательное движение бензиновым или дизельным двигателем. Генератор и мотор объединяются воедино и представляют собой генераторный агрегат.

Величина мощности, вырабатываемой агрегатом, напрямую определяется двумя составляющими:

• крутящий момент приводного вала (зависит от мощности мотора);
• выработка альтернатором нужной силы тока.

Мощность двигателя обусловлена такими техническими параметрами, как объём цилиндров и компрессия. В качестве единицы измерения мощности бензиновых и дизельных моторов обычно используют «лошадиную силу» — 1 л.с. Реже применяют традиционные киловатты — 1 кВт.

Сила тока определяется, главным образом, диаметром (толщиной) провода, из которого наматываются обмотки альтернатора. И, конечно же, на силу тока, а, следовательно, и электрическую мощность влияет магнитный поток – чем он выше, тем мощнее синхронный генератор.

В общем случае процесс роста нагрузки при подключении к генератору потребителей состоит в следующем. Появление в цепи ещё одного потребителя вызывает увеличение силы тока, циркулирующего по обмоткам альтернатора. Чем он выше, тем сильнее магнитное поле сопротивляется вращению вала двигателя. Это приводит к уменьшению количества оборотов, вследствие чего устройство регулировки скорости вращения вала даёт команду на увеличение количества горючего, из-за чего повышается число оборотов и восстанавливается генерация электроэнергии.

Из вышеизложенного становится очевидным, что независимо от конкретной конструкции генераторного агрегата объём потребляемого мотором горючего всегда находится в прямой зависимости от величины нагрузки. Таким образом, для того или иного генераторного агрегата можно довольно точно указать расход горючего на выработку 1 кВт электрической энергии. Эта величина составляет около 285 г. А вот потребление горючего в единицу времени, скажем, 9 л/ч, может определяться лишь при условии постоянной нагрузочной мощности на протяжении всего периода, в данном случае, 1 часа.

Некоторые поставщики генераторных агрегатов говорят о реальной возможности функционирования устройств при перегрузке в 300%. Эти коммерсанты определённо лукавят, не оговаривая одного очень важного момента. Дело в том, что от перегрузки может страдать не только альтернатор. Он, в принципе, может выдержать рост потребляемой мощности до указанной величины – примерно в течение 20 секунд.

Однако такая перегрузка оказывает негативное влияние и на двигатель, поскольку его вал стремится остановить трёхкратно возросшая сила тормозящего магнитного поля. В результате мотор может вовсе остановиться. Это означает, что если альтернатор ещё может выдержать катастрофическое увеличение мощности, то генераторный агрегат в целом – вряд ли. Читая рекламную информацию о защищённости генератора от перегрузок, всегда следует помнить об этом аспекте.

Считаем важным сказать о том, какая мощность обычно указывается в техническом описании генераторного агрегата. Здесь следует отметить, что нагрузка может быть активной и реактивной. Вал двигателя нагружает активная нагрузочная энергия и горючее расходуется, в основном, на неё. Величина тока, протекающего по обмоточным проводам альтернатора, определяется суммой активной и реактивной составляющих нагрузки, которая часто называется полной мощностью.

По этой причине в техническом описании обычно указывается 2 мощности – полная и активная. Полная измеряется в киловольт-амперах (кВА) и является, образно говоря, «пропускной способностью» альтернатора по току. Активная измеряется киловаттами (кВт) и равняется мощности, которую развивает двигатель при вращении вала.

Пример

Мощность генераторного агрегата составляет 100кВт/125кВА. Это означает, что мотор вращает вал с активной мощностью в 100 кВт, и потребители могут «добирать» нужный им объём электроэнергии за счёт реактивной составляющей, но при этом величина полной мощности не может быть более 125 кВА.

Трансформация трёхфазного генератора в однофазный

Довольно часто практическое использование маломощного 3-фазного генератора для электропитания большого количества однофазных потребителей связано с неудобствами. Например, при мощности станции в 30 кВт каждая фаза рассчитана соответственно на 10 кВт. Если к какой-либо фазе подключить нагрузку, превышающую этот показатель, то сработает защитная автоматика, и генератор отключится.

Применение однофазных генераторных агрегатов позволяет при включении потребителей не рассчитывать каждый раз их распределение и мощность. 1-фазный генератор можно получить путём несложной трансформации 3-х фазного. Для этого нужно лишь переключить определённым образом обмоточные провода статора и заменить ряд компонентов на отводном электрощите. Нижеследующие рисунки отлично иллюстрируют процесс переделки 3-фазного генератора в 1-фазный. Рассмотрим их подробнее.

В процессе генерации на выходе 3-фазного альтернатора возникает напряжение, снимаемое с 6 сегментов обмоток, которые соединяются взаимно в виде «звезды» (см. рис.).

Прямоугольники – это отдельные обмотки напряжением 110 В. Если соединить их так, как показано на следующем рисунке, то 3-фазный альтернатор станет 1-фазным.

Параллельное соединение обмоток позволяет вдвое увеличить фазный ток. Максимальное значение мощности 3-фазного альтернатора при силе тока на одной обмотке в I А подсчитывается по формуле 3(фазы)×220 В×I А. Наибольшая же мощность 1-фазной модификации будет составлять уже 220 В×2I (А). Следует учитывать, что при трансформации 3-фазного альтернатора в 1-фазный его активная мощность (кВА) ограничивается диаметром обмоточных проводов и составляет 2/3 от суммарной мощности по паспорту устройства до переделки. При этом трансформация электрической части генераторного агрегата не влияет на мощность его механического узла – двигателя. Она остаётся неизменной.

Пример

3-фазный генератор мощностью 20 кВА/16 кВт трансформирован в 1-фазный. Это привело к следующим изменениям. 20 кВА уменьшились до 13,3 кВА (20 к ВА×2/3=13,3 кВА). И независимо от того, что мотор может развить механическую мощность в 16 кВт, что обеспечит выработку 20 кВА, обмотки альтернатора не смогут выдержать свыше 13,3 кВА. По этой причине в переделанных модификациях 1-фазных электростанций альтернатор должен ограничивать мощность. В заводских генераторных агрегатах, 1-фазных изначально, используются более мощные альтернаторы. Именно это является причиной повышенной цены.

Автономные генераторы в практике ЦОДов: выбор номинального напряжения

В развитие темы автономных генераторов, уже затронутой в публикациях автора (см. «ИКС» №10’2013, с. 85), речь пойдет о том, как правильно подобрать номинал генератора и чем осложняется задача выбора.

Изучив большое количество рекомендаций, практических и теоретических, от производителей генераторов и производителей ИБП, автор пришел к выводу, что до сих пор в этом вопросе существует значительная путаница.

Напомним, что любой автономный генератор отличается от городской сети электроснабжения тем, что имеет конечную мощность и заметное сопротивление протеканию тока. Это, собственно, и вызывает проблемы при проектировании и использовании автономных генераторов. Разумеется, сумма генерирующих мощностей единой сети тоже конечна, но нагрузка даже самого большого ЦОДа по сравнению с ней совершенно незаметна. Точно также у магистралей и трансформаторов имеется определенное сопротивление, но оно несравнимо с сопротивлением обмоток генератора – последнее на порядки больше.

Итак, прежде чем переходить непосредственно к задачам подбора, рассмотрим имеющиеся проблемы.

Гармонические искажения

Критичная ситуация – высокий коэффициент нелинейных искажений THDi. Генераторы с механическим регулятором выходного напряжения или регулятором, построенным на тиристорах, просто неспособны работать в такой сети. Ток возбуждения искажается, и генератор, в свою очередь, еще больше раскачивает сеть.

Применение изолирующих трансформаторов и фильтров далеко не всегда помогает: помимо борьбы с гармониками они искажают переходные процессы, поэтому может стать проблематичным, например, запуск нагрузки с большими пусковыми токами. Кроме того, мощные пассивные фильтры способны вызывать резонансные явления в сети. Приходится либо регулировать ток возбуждения генератора при помощи транзисторов, либо использовать для питания регулятора напряжения отдельный генератор на постоянных магнитах.

Кстати, собственно генератору гармоники, как правило, не слишком опасны. Он в любом случае обычно переразмерен, поэтому рост температуры обмоток не столь значителен, как в случае с сетевым трансформатором. Достаточно заказать вариант с теплостойкостью обмоток H вместо F, и все будет замечательно работать.

Если же рассматривать потребителей энергии, основная проблема с гармониками заключается в том, что сопротивление обмоток статора по сравнению с сопротивлением городской линии велико, поэтому при переходе на генератор наблюдаемый уровень искажений в сети может возрасти в разы.

Подчеркнем еще раз: проблема не в том, что генератор дает гармоники, они у него крайне незначительны, хотя и обязательно присутствуют из за неравномерности геометрии проводов обмоток. Проблема именно в том, что имеющиеся гармоники становятся гораздо заметней. Чтобы этот эффект как-то уменьшить, обычно можно заказать для того же двигателя генератор с завышенным номиналом. Это уменьшает сопротивление обмоток и соответственно снижает уровень искажений, которые вызывают токи гармоник. Тем не менее уровень искажений останется повышенным, поскольку довести сопротивление до уровня городской сети не представляется возможным с точки зрения экономики.

Колебания напряжения и частоты

В силу уже названных выше причин при резком увеличении или уменьшении нагрузки напряжение и частота на генераторе соответственно кратковременно падают или растут.

Падение напряжения при резком увеличении нагрузки в первый момент зависит в основном от сопротивления обмотки генератора. Типичные зависимости изменения напряжения от скачка нагрузки для мощного генератора (см. рисунок) почти линейны, что подтверждает влияние последовательно включенного сопротивления.

Энергия в конечном итоге берется от двигателя, за счет сгорания топлива, никакой регулятор не способен обеспечить идеальное поддержание выходной частоты. При резком увеличении нагрузки частота падает, а при уменьшении – подскакивает. Далее регулятор двигателя увеличивает или уменьшает подачу топлива для поддержания постоянных оборотов. В это время регулятор напряжения пытается, манипулируя током в обмотке возбуждения, возвратить напряжение на номинал. Поскольку типичный стартовый ток электродвигателя по большей части реактивный, это можно сделать и при имеющейся мощности двигателя, не дожидаясь его раскрутки.

При резком сбросе нагрузки происходят аналогичные процессы, только вызывающие рост частоты и напряжения. В итоге поведение системы зависит от характеристик конкретного двигателя, выбранного для него генератора, типа и уставок регулятора и характера запускаемой нагрузки.

Из кривых на рисунке сразу можно сделать вывод, что падение напряжения для наших применений в большинстве случаев проблемой вообще не является. Неприятности обычно связаны либо с девиацией частоты, либо с нелинейностью нагрузки. Еще один банальный вывод – выгоднее работать на высоком напряжении. В частности, в проектах, где речь идет о десятках мегаватт, рационально использовать средневольтные генераторы. Поскольку ток у них небольшой, сами генераторы и арматура получаются достаточно компактными и с меньшей опасностью поражения персонала дугой при переключении. Кроме того, негативные эффекты, связанные с гармониками и падением напряжения, значительно слабее.

Влияние нагрузки

Как правило, в теории, на графиках или в формулах падения напряжения, рассматривается ситуация, когда нагрузка подается на ненагруженный генератор. Но на практике нагрузка добавляется к уже имеющейся. В этом случае следует учесть, что имеющаяся нагрузка потребляет мощность от двигателя, так что рейтинг генератора в киловаттах соответственно уменьшается. Если стартовые киловатты новой нагрузки больше, чем доступная мощность генератора, скорее всего, возникнут проблемы.

На способность генератора выдавать ток имеющаяся нагрузка влияет значительно слабее. При начальной нагрузке генератора в 50% можно ожидать, что для данной подключаемой нагрузки проседание напряжения увеличится по сравнению с графиком на 2%.

Выделяется случай, когда в имеющейся нагрузке много асинхронных двигателей. При проседании напряжения они начинают работать как генераторы, пытаясь его удержать. Кстати, это также следует учитывать при расчете токов короткого замыкания в системе. В конечном счете это эквивалентно уменьшению стартового тока пускаемого двигателя.

К сожалению, для наших применений этот эффект приходится игнорировать. Во первых, мы не можем себе позволить значительного проседания напряжения, во вторых, доля моторов в нагрузке дата-центра обычно не выше 25%.

Запуск асинхронного двигателя

Тема запуска классического асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором подробнее других освещена в документации, и рекомендации более или менее совпадают у всех производителей. Вывод таков: для чиллеров и кондиционеров, чтобы гарантировать просадку напряжения не более 15% при любых условиях, требуется, чтобы стартовый ток компрессора не превосходил 60% от рейтинга генератора. Иными словами, мощность самого двигателя должна быть не более 10% от номинала генератора (в кВА), принимая во внимание типичный шестикратный пусковой ток.

Стартовая мощность в киловаттах у асинхронного двигателя составляет примерно два с половиной номинала, соответствующий запас мощности должен иметься при полностью загруженном генераторе.

Поскольку компрессор может стартовать в любой момент времени, делать поправки на старт вначале не следует. В итоге получаем набор неравенств для генератора номиналом G1 (кВА) и G2 (кВт), работающего на максимальную нагрузку P (кВт), и компрессора с максимальным рабочим током FLA (А):

G2 > P + (FLA × 3 × 230) × 1,5

Коэффициент в формуле взят равным 1,5, а не 2,5, поскольку предполагается, что единица уже учтена в полной мощности нагрузки.

Применение устройств плавного пуска двигателей может вносить понижающий коэффициент. Заметим, что классический контакторный старт “звезда – треугольник” не всегда помогает. Чтобы он работал как задумано, требуется безобрывное переключение, показатели на контакторах получаются заметно хуже. И к тому же на пониженном напряжении мотор может не успеть раскрутиться, что по факту аналогично полному отсутствию плавного старта.

Так что лучше всего вообще не принимать во внимание плавный старт, тем более что требования приведенных неравенств необременительны, а уменьшить, к примеру, номинал компрессора, увеличив число кондиционеров или чиллеров. Это правильнее и с точки зрения системы охлаждения. Плавный старт на практике полезнее всего в том случае, когда компрессоры питаются от ИБП.

Влияние гармоник нагрузки

Сегодня это в первую очередь те же самые двигатели, но с электронным регулятором скорости вращения (VFD). По общему мнению, следует давать двойной запас мощности генератора в кВт от номинала инвертора, если применяется тиристорный выпрямитель, и запас 1,6 в случае транзисторного выпрямителя. Подчеркну, что учитывается номинал инвертора, а не подключенного к нему двигателя. Пусковых токов как таковых эта нагрузка не имеет, зато может иметь отрицательный cos j , а это, как указывалось в предыдущей статье, может крайне негативно влиять на генератор.

Кстати, модные ныне чиллеры с турбинными компрессорами и инверторные компрессоры кондиционеров могут представлять собой именно такую нагрузку. Внимательно изучайте документацию по инсталляции.

С подключением ИБП обычно бывает больше всего недопонимания, хотя тема сама по себе крайне простая. В первую очередь подсчитываем фактическое потребление, т. е. учитываем номинал, работу зарядного устройства и КПД. Получаем, что для ИБП на 100 кВт полезной нагрузки приходится примерно 130–150 кВт потребления.

Проверяем, имеет ли ИБП плавный пуск, иначе расчеты придется проводить с учетом падения напряжения при включении, т. е. сразу минимум 2,5 номинала по кВт. Причем это будет не мощность запаса генератора, а реальная мощность двигателя. К счастью, на сегодня таких моделей практически не выпускают.

Далее вносим поправку на тип входного выпрямителя – для транзисторных выпрямителей она не нужна, далее мнения расходятся: для 12-пульсных и шестипульсных с фильтром даются значения от 1,15 до 1,6, для шестипульсных – от 1,4 до 2,3. Почему такое расхождение? С минимумом запаса справится хороший генератор, максимум запаса предполагает, что искажения в сети будут более или менее нормальными и сами ИБП не откажутся работать на «испорченной» ими же сети. Кстати, для обычных компьютеров (не серверов), дешевых светодиодных светильников и тому подобного оборудования запас должен быть таким же, как для шестипульсного выпрямителя, т. е. 2,3. Это именно запас генератора, а не реальное потребление. Чтобы неповадно было использовать такие ИБП, автор рекомендует принимать максимум запаса. В итоге получаем очередное неравенство:

G2 > P + (Pups6p × 1,3) + (Pups12p × 0,6) + S (Pvfd × 1,0)

Проблемы выбора: научный подход

Систематизируем предыдущие рассуждения. Итак, составляем таблицу, в которой перечислены все отдельные потребители гарантированного питания, их проектная мощность, максимальный рабочий ток, cos j (со знаком), коэффициент нелинейных искажений THDi, пусковой ток, пусковой cos j (со знаком), время задержки включения, чувствительность к уходу частоты и напряжения. К сожалению, в наших приложениях не слишком получается задавать порядок запуска. Достаточно уже того, что мы можем гарантировать отсутствие одновременного запуска компрессоров.

Аналогичная хронограмма составляется для запуска в условиях минимально возможной нагрузки.

В итоге получаем хронограмму состояний системы – от момента подачи напряжения генератора до установившегося состояния. Если в процессе выясняется, что cos j отрицателен, это очень плохо, возможно, во время запуска придется предусматривать подключение резистивного нагрузочного банка или даже реактора.

Если нет, в конечном счете получаем максимум, который требуется по условию стартовых токов и запасов, максимум нагрузки, рабочая нагрузка и минимально возможная нагрузка. По первым двум числам выбирается номинал, третье используется для расчетов расхода топлива, а последнее показывает, какой нужно иметь нагрузочный банк, чтобы обеспечить беспроблемную работу в любых условиях. Напомним в очередной раз: условия должны выполняться для мощности в кВт и кВА.

Далее берем каталог, проверяем температуру и высоту инсталляции и вносим соответствующие поправки. Выбираем конкретную модель. Разумеется, регулятор напряжения нужно брать цифровой, с питанием на вспомогательном генераторе с постоянными магнитами. Надежность и стабильность важнее небольшой экономии. Кроме того, такой регулятор лучше всего держит частоту и напряжение, следовательно, потребность переразмеривать генератор будет минимальной. Так что в итоге решение, возможно, даже окажется дешевле. К тому же практика показывает, что с механическими регуляторами ИБП не работают в принципе. А при использовании самовозбуждения есть некоторая вероятность того, что генератор вообще не запустится либо будет запускаться долго.

Далее проверяем, чтобы в процессе подключения нагрузки напряжение и частота не выходили за пределы допустимого для уже подключенного оборудования и непосредственно для нагрузки. Это делается по графикам для конкретной модели.

Затем добавляем запас на компенсацию гармонических искажений, который получается умножением суммарных токов гармоник на сопротивление обмотки генератора (причем в зависимости от типа намотки провода сопротивление может быть разным). Соответственно выбирается более мощный генератор или установка.

Впрочем, у производителя, как правило, есть программа, которая по составленной вами таблице проведет подбор оптимального устройства. Так что обращайтесь к производителю, но результаты вычислений на всякий случай проверьте сами.

Генератор. Как выбрать генератор.

Электрический генератор — это преобразователь механической, тепловой и химической энергии в электрическую. Выбирая генератор, следует исходить от показателя мощности предполагаемого потребителя. Более того, нужно принять во внимание, что мощность, вырабатываемая генератором, не должна быть точно такой же величины, что и суммарная потребляемая мощность. Причиной такому условию служит целый ряд технических моментов, присущих всем электростанциям. Для того чтобы с наибольшей точностью выбрать генератор, можно воспользоваться практическим правилом расчета.

Индуктивные потребители.

Характерной особенностью потребителей этого типа является тот факт, что в момент включения необходимая им пусковая мощность во много раз превосходит величину, указанную в технической документации. К категории индуктивных потребителей относятся насосы, компрессоры, пилорамы, электродвигатели. Нужно определить суммарную мощность всех одновременно подключенных потребителей и уже на основе этого показателя выбирать генератор. Разница между потребляемой и выдаваемой электроэнергией должна быть значительной. В одних случаях без стартового усиления электрогенератор должен выдавать электроэнергии в 3-3,5 раза больше, в других — в 4,5 раза.

Так, если суммарная потребляемая мощность составляет 1500 ВА, для потребителей этой категории следует остановить свой выбор на генераторе, минимальная мощность которого будет равна 5250 VA (1500 * 3,5 = 5250 VA). В том случае если выбирается генератор для потребителей как с активной (электрический обогреватель, мощностью 2 кВА), так и реактивной нагрузкой (вентилятор с потреблением 1 кВА), расчет должен быть таким: (2 кВА + 1 кВА * 3,5) + 10 % = 6,05 кВА.

Типы нагрузок.

Различают активные и реактивные нагрузки. Активные нагрузки, преобразующие в тепло все 100 % потребляемой энергии, считают простыми. Для потребителей с активной нагрузкой требуется генератор, мощность которого равна их суммарной потребляемой мощности. Реактивные нагрузки преобразуют в тепло не всю потребляемую энергию, а лишь определенную ее часть. Различают индуктивные и емкостные реактивные нагрузки. Примером индуктивных может служить катушка, емкостных — конденсатор.

Отношение потребляемой активной мощности к полной позволяет определить степень реактивности. Эта величина, называемая коэффициентом мощности, обозначается cosφ.

Для того чтобы определить, сколько в действительности потребляет тот или иной прибор, нужно указанную на нем величину мощности разделить на приведенное там же показание cosφ. Так, если на инструменте указано 800 Вт и cosφ = 0,7, простой математический расчет покажет, сколько энергии потребуется на самом деле: 800 : 0,7 = 1143 Вт. Следует знать, что величина cosφ для каждого генератора разная. Это обязательно нужно учитывать при расчетах, ведь тот же инструмент при cosφ, равном 0.8, будет потреблять 1143 Вт : 0,8 = 1429 ВА. В качестве единицы измерения полной мощности (активная мощность плюс реактивная) принято применять вольт-ампер (ВА), а не ватт (ВТ).

Высокие пусковые токи.

Пусковая мощность любого электродвигателя всегда выше, чем его потребляемая мощность в процессе работы. Обойдя стороной все подробные объяснения с формулами и доказательствами, воспользуемся примером, который будет понятен всем без исключения. На ровной плоскости стоит нагруженная тележка. Для того чтобы столкнуть ее, нужно будет приложить намного больше сил, чем если продолжать поддерживать уже набранную скорость. Важно учитывать этот кратковременный момент перегрузки в начале работы, в противном случае генератор не выдержит и либо просто отключится, либо испортится. Если оценивать приборы с учетом подобного риска, наиболее опасным можно назвать насос. В момент включения его пусковая мощность превышает штатную в 7-9 раз. Это объяснимо: насос начинает качать воду с момента включения. В отличие от других приборов у него нет холостого хода.

Двигатель генератора.

Главным жизнедеятельным органом генераторной установки обоснованно называют ее двигатель. Сколько именно проработает электростанция, зависит от этой ее составляющей. В сравнении с мотором генератор отличается более продолжительным средним временем наработки на отказ.

Так, если бензиновый генератор ( Europower EP13500TE, Honda ET 12000 и др.) сможет беспрерывно и безотказно работать до 3-5 тысяч часов, простейший недорогой двигатель ограничивается сотнями. Невысокая стоимость дизельного топлива, экономичность его потребления и отсутствие строгих требований к условиям его хранения объясняют, почему дизельные двигатели имеют больший ресурс, нежели бензиновые. Тем не менее стоимость электростанции, в основе которой дизельгенератор ( Europower EP113TDE, Europower EPS20TDE и др.), почти вдвое выше, чем бензогенератора.

По этой причине выбирать дизельный генератор следует лишь в определенных случаях:

• Электростанция работает как основной источник подачи электроэнергии (хотя бы в случае ее продолжительной эксплуатации).
• Все агрегаты работают только на дизельном топливе.
• Случаи, когда бензогенератор используется крайне редко (электрические мощности 10-15 кВА).

Наличие у генератора вместительного топливного бака дает возможность продлить время работы генераторной установки. Именно поэтому при определении надежности устройства учитывается и тот факт, есть ли у него такая емкость или нет. Еще одним не менее важным показателем качества мотора считается так называемый сервисный интервал — частота замены масла. Если он не ниже 100 часов работы, значит, мотор качественный.

Электрогенератор (альтернатор) отвечает за выработку электрического тока. Тип установленного электрогенератора определяет, с каким из поставленных задач электростанция справится лучше.

Одно- или трехфазные генераторы.

Уже по их названию можно понять, что такие генераторы предназначены для питания соответствующих им потребителей. Если к однофазному генератору (220 В, 50 Гц) допустимо подключение только однофазных нагрузок, в случае с трехфазными генераторами (380/220 В, 50 Гц) возможно подключение как однофазных, так и трехфазных. Специально для этой цели предусмотрены розетки либо клеммные колодки, которые размещены на приборной панели генератора.

Отсюда можно понять, что приобретая однофазный электрогенератор, следует учесть всех возможных потребителей электроэнергии, принять во внимание риски и на основании этого подобрать устройство, выходная мощность которого будет подходящей. Такой же подход требуется и при подключении трехфазных нагрузок к соответствующим генераторам. Если же нужно подключить однофазную нагрузку к трехфазному генератору, необходимо соблюдать два основных правила, которые помогут избежать так называемого «перекоса фаз» — явления, возникающего из-за неправильного распределения нагрузки.

• Выходная мощность трехфазного генератора должна быть втрое больше потребляемой мощности однофазной нагрузки. Так, к генератору мощностью 9 кВт может быть подключен один однофазный потребитель мощностью 3 кВт.
• В том случае если к одному трехфазному генератору подключают одновременно несколько однофазных потребителей, то разница в их потребляемой мощности не должна быть больше 1/3 от «перекоса фаз» (1/3 мощности генератора на одну фазу). Подобный показатель применим к электростанциям высокого класса. У более упрощенных установок эта величина ниже.

Синхронные и асинхронные генераторы.

При сравнении конструкций одного и другого видов можно убедиться, что более сложным является синхронный электрогенератор, оснащенный катушками индуктивности, тогда как в асинхронном ротор похож на простой маховик. При этом его закрытая конструкция, пусть и упрощенная, предохраняет асинхронный генератор от загрязнений.

У каждого из видов генераторов свои достоинства.

• синхронный электрогенератор лучше преодолевает пусковые нагрузки и отличается выработкой более «чистой» электрической энергии;
• благодаря тому, что асинхронный электрогенератор отличается устойчивостью к коротким замыканиям, он подходит для обеспечения током аппаратов для сварки.

Стабильность подаваемого напряжения во многом зависит от способности двигателя сохранять число оборотов даже при изменениях нагрузки, а также от наличия систем стабилизации, таких как AVR (автоматический регулятор напряжения). Другими словами, на этот показатель влияет класс двигателя.

Из конструктивных особенностей, по которым выбирают альтернаторы, следует обратить внимание на наличие щеток. В эксплуатации более удобны вrushless — бесщеточные модели, и поэтому именно им и отдается предпочтение.

Выходная мощность генератора.

Для потребителя основным параметром, на который он обращает внимание в первую очередь, является выходная мощность генератора. Но и тут есть свои нюансы, о которых следует знать, чтобы не ошибиться в выборе:

• большинство производителей, демонстрируя каталоги, указывают максимальную выходную мощность, которая значительно выше номинальной. Каталожные параметры рассчитаны на минимальный временной интервал работы. Разница в величинах, указанной в каталоге и номинальной, может составлять до десятков процентов;
• как и любой другой прибор, электростанция обладает своим cosφ. Вот только не каждый производитель это предусматривает, когда указывает выходную мощность. В подобной ситуации нужно самостоятельно выполнить расчет, для чего параметр, указанный в каталоге, умножают на cosφ.

Еще несколько отличительных качеств электростанций.

Вполне естественно, что в процессе работы двигатель издает определенные звуки. Постоянный шум, создаваемый работающей электростанцией, вызывает дискомфорт у окружающих. Именно поэтому для снижения уровня шума электростанция либо оснащается специальным оборудованием, поглощающим звук, либо ее располагают в специализированном помещении.

Для определения уровня шума используются такие понятия, как звуковая мощность — LWA или звуковое давление — LpA. Если первая величина является постоянной для конкретного устройства, то вторая зависит от удаленности источника шума. Так, при удалении от источника шума с LWA = 100 дБ (А) на 7 метров, звуковое давление будет равно 72 дБ (А).

Проводя аналогию между агрегатами разных марок, нужно принимать во внимание, что одни производители в качестве данных по шуму приводят показатель звукового давления (как правило, берется удаленность на 7 м, но бывает, что расстояние может быть и другим), а другие — звуковой мощности.

Время бесперебойной работы генератора

На продолжительность беспрерывной работы генератора влияет размер топливной емкости и количество потребляемого топлива. При сравнении моделей разных производителей, прежде всего, следует эти характеристики связать с показателем потребляемой мощности, так как именно этот параметр влияет на расход топлива. К примеру, на 1/1, 1/2 и 3/4 номинальной мощности требуется совершенно разное количество топлива. Габаритный генератор вполне может работать от топливной емкости, установленной извне.

Включение генератора

Запуск генераторной системы зависит от ее устройства. Если электростанция оснащена электростартером, ее можно завести либо дистанционно, с помощью пульта, либо ключом или кнопкой. В противном случае запуск выполняется вручную. Блоком автоматического управления генератора, полностью автоматизирующим систему, оснащаются только модели с электростартером. Человеческого участия в этом случае уже не понадобится.

Основные производители электрических генераторов:Honda; Europower; Briggs & Stratton