что такое avr в бензогенераторе
AVR и ATS электрогенератора: что это и стоит ли за это платить?
Современные электрогенераторы (те самые, которые пользуются стабильно высокой популярностью, как у бизнеса, так и у массового потребителя) оснащаются, как известно, разными дополнительными системами. И в этом посте расскажем вкратце о двух таких — о AVR и ATS.
Что это за системы такие, чем они отличаются и, что немаловажно, стоит ли за них доплачивать?
Для чего вообще нужен электрогенератор?
Напомним, генераторы — бензогенераторы или дизельные, компактные мобильные или большие стационарные — это, в первую очередь, резервный источник электроэнергии.
Если очень упрощенно, то такой агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания, собственно генератора, рамы и электронных систем. В продаже сегодня предлагаются модели с разной выходной мощностью, от единиц до нескольких кВт, которые с успехом применяются для решения самых разных задач.
При этом современные модели отличаются помимо компактных размеров и сравнительно высокой энергоэффективности также упрощенной конструкцией и весьма неприхотливы в эксплуатации и обслуживании. Так что, от пользователя требуются фактически только правильно рассчитать мощность агрегата и потом правильно и своевременно его обслуживать.
Что такое система AVR генератора?
AVR — это система автоматического регулирования напряжения. Ею оснащаются не только электрогенераторы, но и источники бесперебойного питания (ИБП или UPS). Именно благодаря AVR к обычному компактному генератору можно подключать чувствительные к перепадам напряжения электронные устройства, в том числе домашнюю электронику и бытовую технику.
Модели генераторов с AVR чаще всего имеют соответствующую маркировку на корпусе и стоят немного дороже, чем модели, у которых такая система конструкцией не предусмотрена.
Можно ли подключить к генератору без AVR различные электронные устройства? Конечно можно. Но всегда есть риск серьезно их повредить, вплоть по полного вывода из строя. Что делать, если есть генератор, но без AVR? В таком случае действовать придется по-старинке, а именно докупить внешний стабилизатор напряжения с соответствующими характеристиками, он позволит избежать проблем с перепадами тока.
Что такое система ATS генератора?
Генераторы, оснащенные ATS, автоматически запускаются, когда в сети пропадает напряжение, и останавливаются, когда оно снова появляется. Все это возможно благодаря специальному датчику, который постоянно анализирует такие параметры сети, как частота, фазовое и межфазовое напряжение и реагирует даже на минимальные по времени отключения электроэнергии.
Генераторы с ATS, как правило, применяются на объектах, где проблемы с подачей электроэнергии — явления частое, однако крайне нежелательное: в медучреждениях, на фермах, на стройплощадках, в серверных, в цехах производственных предприятий, в ресторанах и пр.
Системами ATS в основном оснащаются стационарные электрогенераторы. И это, безусловно, очень практичное и нужное решение, поскольку позволяет избежать потери времени на ручной запуск генератора в случае внезапного отключения электроэнергии.
Стоит также отметить, что системы ATS генераторов делятся на два типа: полной мощности (полностью питают всех подключенных потребителей) и малой мощности (питают только часть потребителей, то есть на время включения генератора определенные, некритические устройства отключаются).
Автоматические регуляторы напряжения AVR
Внимание! Акция! Продается выставочный экземпляр
Автоматические регуляторы напряжения AVR
Автоматические регуляторы напряжения AVR
В настоящее время во многих дизель-генераторных установках большой мощности используются синхронные генераторы бесщеточного типа. Технической и конструктивной особенностью таких генераторов является отсутствие коллекторно-щеточного узла, а обмотка возбуждения располагается во вращающемся роторе. Для обеспечения работы генератора нужно, чтобы индуцированный и протекающий по обмотке возбуждения ток имел необходимую амплитуду и полярность.
Чтобы выпрямить наведенное напряжение, обмотка возбуждения выполняется из двух частей, которые соединены через диод, а амплитуда индуцированного ЭДС зависит от взаимодействия магнитных полей основной и дополнительной обмоток статора. Регулируя наведенную ЭДС в обмотке возбуждения, можно гибко управлять работой генератора. Этот принцип лег в основу создания специальных управляющих электронных устройств, которые стали неотъемлемой частью современных синхронных генераторов (СГ).
Чтобы запитать обмотку возбуждения и стабилизировать вырабатываемое генератором напряжение, используются различные способы и устройства, но наибольшее распространение получили микропроцессорные автоматические регуляторы напряжения AVR. Устройство AVR – своеобразное «сердце» системы возбуждения синхронного генератора. Адаптивно регулируя ток, наведенный в обмотку возбуждения, регулятор напряжения осуществляет стабилизацию параметров на выходе СГ.
Таким же способом удается обеспечить защиту от перегрузок, которые очень опасны для всех типов генераторов, а также защиту от критичного снижения частоты. Электронный корректор напряжения запитан от одной из трехфазных обмоток статора, являющего выходом синхронного генератора, параметры которого устройство контролирует. При помощи автоматического регулятора AVR удается управлять работой генераторной станции в переходном и аварийном режиме.
Кроме того, электронный регулятор напряжения AVR способен поддерживать совместную работу нескольких СГ сходной мощности, подключенных параллельно. От настройки и точности регулировки этого устройства зависят параметры работы всей дизель-генераторной станции.
Принцип работы регуляторов AVR
Стабилизация выходного напряжения до заданного номинального значения производится посредством соответствующего увеличения или уменьшения тока в обмотке возбуждения. Таким же образом удается минимизировать колебания напряжения генератора в процессе работы, а также обеспечить быстрое достижение заданных параметров после запуска станции, необходимых для подключения и энергоснабжения потребителей.
Чтобы вовремя распознать опасность и предупредить аварию генератора, устройство контролирует изменения частоты выходного напряжения, и в случае ее критичного снижения может оперативно уменьшить, либо вообще отключить подачу напряжения на обмотку возбуждения. Эти же действия производятся при плановой или аварийной остановке двигателя. Порог частоты, при котором происходит отключение обмотки возбуждения, обычно установлен в заводских настойках на уровне 45 Гц.
Техническая реализация
Внешний вид и схемное решение устройств AVR, выпущенных различными компаниями для совместной работы с определенными моделями генераторов, могут значительно отличаться, но основные принципы их построения одинаковы. На начальном этапе создания подобных приборов типичный регулятор напряжения AVR выполнялся в виде отдельного устройства, помещенного в специальный металлический «шкаф». Сегодня в основном используются автоматические регуляторы напряжения AVR, представляющие собой небольшую плату, которая монтируется в блок возбуждения синхронного генератора.
Что такое блок АВР или зачем нужен автоматический ввод резерва
Нередки случаи, когда в момент отключения электроэнергии хозяина нет дома и подключить приборы аварийной сети невозможно. Автоматический ввод резерва полностью решает эту проблему. При внезапном отключении электроэнергии устройство АВР самостоятельно включит резервный генератор и проследит за его работой до восстановления централизованного питания или момента, когда полностью закончится топливо.
Блок АВР для бензогенератора
ВАЖНО! Для однофазных и трехфазных генераторов используются разные блоки автоматики.
Существуют умные блоки АВР с режимом зима-лето. Они запускают генератор через 3-4 секунды, как и обычные аналоги. Но ток выдается генератором только через 25-30 секунд после обрыва сети. Куда девается остальное время? Около 15 секунд уходит на прогрев двигателя, что защищает его от чрезмерного износа в холодное время.
Как подключить блок управления?
Самый верный способ – доверить подключение правильному электрику. Самостоятельно подсоединить и настроить аппараты будет довольно сложно. Но нет ничего невозможного. Для тех, кто решится сделать все сам, есть некоторые рекомендации по подключению:
1. Выберите место. Блок автоматики можно установить как в доме, так и около станции – главное соблюдать температурный режим, указанный в инструкции.
2. Подключите АВР. Перед подключением следует учесть несколько важных нюансов. Блок АВР подключается к генератору специальным кабелем управления – от блока к генератору и силовым кабелем от розетки генератора к устройству АВР. На блок АВР выводится одна или несколько фаз от стационарной сети, которая заходит в дом.
Рассмотрим несколько наглядных примеров с советами по выбору оборудования и подключению:
1. В дом заведена однофазная сеть и все подключаемые приборы – тоже однофазные. Мощности станции хватает для обеспечения всех нужных вам приборов (определить нужное значение поможет расчет мощности подключаемых приборов к генератору). Для этого варианта нужны однофазная станция и блок АВР для нее. Можно смело подключить всю нагрузку на фазу. Единственное – нужно проверить сечение проводов на соответствие мощности всех подключенных потребителей.
2. Самый часто встречающийся вариант – в дом заведена трехфазная сеть, а подключаемые приборы – однофазные. Генератор и блок автоматики в данном случае, также нужны однофазные. Если суммарная мощность всех приборов превышает возможности вашего генератора, делим их на жизненно необходимые (насос, котел отопления, холодильник, минимальное освещение) и на приборы, без которых можно обойтись (стиральная, микроволновка, электрооборудование и т.п.). Первую группу подключаем к одной фазе, которая заходит на блок АВР. Остальные приборы можно разделить между оставшимися двумя фазами. Понятно, что в момент отключения общей сети они будут обесточены.
3. Довольно редко случается так, что в дом заведена трехфазная сеть, а подключаемые приборы – как однофазные, так и трехфазные. Этот случай лучше доверить специалисту.
Пару слов про заземление
Работа генератора подразумевает, что на его корпусе периодически будет появляться статическое напряжение. Чтобы его отвести, нужно заземлить генератор. Идеально – создать заземляющий контур. Если его нет, понадобится металлический прут полтора – два метра, стальной болт, и медный провод. Сварите болт и прут. Затем прут полностью забивается в землю, а медный провод перекидывается между болтом и рамой генератора. Готово!
А можно ли без АВР?
Бывает, что владелец генератора игнорирует рекомендации специалистов и просто перекидывает питание от генератора к ближайшей розетке, чтобы запитать от нее весь дом. В таком случае стоит ожидать одну из перечисленных проблем:
Если генератор установлен как резервный источник и подключается от случая к случаю, необходимо периодически его проверять:
АВР, АТС, ATS, AVR у электрогенераторов — как не запутаться и не стать жертвой маркетологов
Содержание
Содержание
Нередко продавцы дополняют техническую информацию об электрогенераторах большим количеством аббревиатур. Иногда сведения об одной и той же функции преподносят при помощи разных обозначений. Такой прием — типичная уловка маркетологов, которые создают для потенциальных покупателей иллюзию расширенного функционала. Чтобы не стать жертвой этого приема, перед поиском подходящего генератора рекомендуется ознакомиться со значениями основных аббревиатур.
Какие аббревиатуры технически правильны и имеют значение
Теоретически все аббревиатуры, которые производители используют при маркировке генераторов, имеют значение. Просто некоторые характеристики могут оказаться не особенно важными для определенной категории покупателей. Однако это не значит, что информацию о них можно игнорировать. Каждый покупатель решает для себя сам, какие функции ему нужны, а какие — нет.
Что означает аббревиатура ATS
Производители делают упор на наличие у моделей функции ATS. Она обеспечивает самостоятельный запуск двигателя и автоматическое подключение генератора к сети. Аббревиатура ATS расшифровывается как Automatic Transfer Switch (автоматический переключатель резерва). Этот функционал предназначен для самостоятельного запуска генератора сразу после того, как в сети пропало электричество.
Опция ATS полезна, но не всегда нужна. Поскольку ее наличие приводит к повышению стоимости генераторов, целесообразно разобраться в ее необходимости. Она нужна в ситуациях, когда требуется обеспечить бесперебойную работу оборудования и бытовой техники:
Генераторы с ATS необходимы при обогреве частных домов автономными системами отопления. Почти все они подключены к электросети. Любая более-менее серьезная авария на линии в отсутствие хозяев способна создать проблемы.
Дополнительный функционал генераторов с ATS
Системы автоматического запуска генератора и его подключения к основной сети имеют вспомогательные опции. Их не стоит относить к дополнительным функциям, поскольку они отвечают за корректную работу сети. К вспомогательным опциям относят:
Помимо базовых опций, модернизированные установки могут иметь дополнительные функции:
При этом дополнительный функционал нельзя считать отличительным маркером генераторов с ATS, поскольку некоторыми из перечисленных возможностей могут обладать многие другие модели.
В каких случаях не нужны генераторы с ATS
Модели с автоматическим вводом резерва не требуются в тех случаях, когда оборудование планируется эксплуатировать на объектах, которые не подключены к электросетям:
В таких случаях в переключателе резерва нет никакой необходимости. Также эта функция не нужна, когда генератор используют в качестве запасного мобильного источника для разных объектов. Чаще всего это небольшие магазины и торговые павильоны, в которых отключают свет, различные стройки, площадки для выездных выступлений и праздничных мероприятий.
Некоторые продавцы убеждают, что функция ATS обеспечивает стабильную работу бытовой техники и защищает ее от поломок. Они лукавят, поскольку с момента отключения электричества в основной сети и запуска резерва проходит определенное время — около 5–15 секунд. То есть бытовая техника в любом случае перестанет на какое-то время работать, а затем снова включится. Поэтому переплачивать за ATS в таких случаях нецелесообразно.
Иногда логично рассмотреть возможность подключения генератора к системе ATS в будущем. Это может понадобиться, если дом или объект планируется подсоединить к электрическим сетям или может возникнуть необходимость в автоматическом запуске резервного питания. Модернизировать базовую модель можно при помощи независимого блока.
В этом случае нужно учитывать, что не каждый генератор совместим с блоком ATS. Чтобы его можно было подключить, модель должна иметь:
Большинство блоков совместимы с разными генераторами. Благодаря чему можно не ориентироваться на мощность установки и характеристики ее двигателя. Блок ввода резерва можно устанавливать как рядом с генератором, так и в любом другом месте. Важно соблюдать рекомендации из инструкции относительно температурного режима.
Что значит аббревиатура AVR
Буквенное обозначение AVR обозначает, что генератор оснащен устройством, которое стабилизирует напряжение. Также оно выравнивает герцы и позволяет поддерживать частоту тока на уровне 50 Гц. То есть блок AVR можно смело назвать внутренним стабилизатором генератора. Если для подключения современной бытовой техники использовать модели без AVR, могут возникнуть проблемы. Поэтому наличие регулятора напряжения можно считать обязательным условием при покупке генератора, к которому будет напрямую подключена чуткая к перепадам техника.
Что означают аббревиатуры ESP и PRP
Иногда покупателей вводят в заблуждение аббревиатуры ESP и PRP. Они обозначают максимально допустимый уровень мощности и максимальный уровень мощности. Многие не видят принципиальной разницы в этих понятиях, а она есть:
Модели PRP предназначены для постоянного снабжения электричеством объектов, которые не подключены к сети. Генераторы с аббревиатурой ESP используют при аварийных отключениях.
Что означает CRDi
Маркировка CRDi свидетельствует о наличии у модели системы электронного впрыска. Благодаря ей уменьшается расход топлива и продлевается срок безремонтной работы. Эта аббревиатура актуальна лишь для некоторых дизельных моделей генераторов в основном корейского производства. Однако ее могут использовать и другие продавцы, поэтому нужно быть в курсе и уточнять информацию об этой в целом полезной функции. Важно знать, что у бюджетных моделей генераторов ее быть не может.
На что еще стоит обратить внимание
В процессе поиска подходящего электрогенератора можно по незнанию проигнорировать важную информацию о той или иной модели. Избежать ошибок поможет информация, что означают разные символы:
Возможность работы не только от бензина, но и от газа показывает аббревиатура LPG. При выборе модели с возможностью подключения к блоку ATS нужно убедиться, что у генератора проставлена маркировка «A» и «E».
Какие аббревиатуры правильны, но не несут особую важность
Любая современная техника должна отвечать стандартам качества, безопасности, экологичности. Информация об этом соответствии предоставляют в виде аббревиатур:
Эти сведения не имеют отношения к техническим характеристикам и функционалу генераторов. Сегодня любая техника в официальных точках продаж соответствует основным нормативным требованиям, поэтому на изучение этой маркировки можно не тратить много времени.
Какие аббревиатуры — настоящие маркетинговые уловки
Классический пример маркетинговой уловки — одновременное использование аббревиатур ATS, АВР и АТС у одной и той же модели электрогенератора. Это наглядная демонстрация, как продавцы просто дублируют при помощи разных аббревиатур информацию об одной той же функции. Для этого и были придуманы разные варианты для единственного технически правильного обозначения ATS:
Аббревиатуру АВР (кириллица) также могут использовать при дублировании информации о функции AVR. Из-за этого сведения о генераторах с блоками AVR и ATS могут подать следующим образом — АВР, АТС, ATS, AVR. Некоторые производители делают это по незнанию, а другие дублируют информацию из корыстных побуждений.
Как не растеряться при поиске нужного генератора
Разнообразие аббревиатур способно запутать многих. Проблема усугубляется тем, что разные производители могут использовать свои фирменные обозначения. Поэтому при выборе важно меньше реагировать на громкие названия и уловки маркетологов, а внимательно изучать все характеристики понравившихся моделей.
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.