Двигатель и генератор
Бензиновые двигатели электростанций, чаще всего, снабжают карбюраторным впрыском, хотя встречаются и инжекторные модели. Хорошо зарекомендовали себя двигатели верхнеклапанного типа из линейки Honda GX c нижним расположением распредвала благодаря своей надежности и большому сроку службы. Известны также их многочисленные китайские клоны. Более сложный верхневальный двигатель Subaru-Robin дороже и проигрывает в удобстве сборки-разборки. Что же касается дизельных двигателей, то до недавнего времени они были более выгодны в эксплуатации.
Однако, подорожание дизтоплива снизило его экономическую эффективность, хотя при одинаковой мощности дизельные моторы расходуют топлива все же меньше, чем бензиновые, да и работать они могут дольше без перерыва.
При этом, их длительная работа без нагрузки нарушает полноту сгорания топлива, что приводит к повышенному образованию сажи, забивающей выпуск, и разжижению моторного масла просачивающимся через поршневые кольца топливом. Также, среди недостатков таких двигателей – они более шумные, чем бензиновые. Дизели, сами по себе, - мощнее, но синусоиды вырабатываемого тока и напряжения зачастую нуждаются в стабилизации. Для обслуживания «дизеля» лучше привлекать специалиста.
Генератор (альтернатор) комплектуют щеточным (асинхронным, синхронным) или бесщеточным электродвигателем. Установки с асинхронным двигателем по своей конструкции проще, имеют хороший уровень защиты от случайного попадания извне влаги и пыли, но качество синусоиды их напряжения оставляет желать лучшего.
В большинстве моделей используют синхронный коллекторный электродвигатель, более сложный по сравнению с асинхронным, но неплохо выдерживающий повышенные пусковые токи и выдающий синусоиду напряжения почти правильной формы. Как в асинхронном, так и в синхронном двигателе придется раз в 4–5 лет менять изношенные щетки.
В генераторах с бесщеточным двигателем подобную замену делать не придется, притом устройства данного типа регулируют напряжение изменением частоты вращения, поэтому легче переносят повышенные пусковые токи, но и более резко могут менять выходное напряжение, что подходит далеко не для всех электроприборов.
Моторесурс двигателя, выраженный в моточасах, равен суммарному времени его работы на полной нагрузке при условии проведения периодического регламентного технического обслуживания (ТО). Есть модели электростанций со встроенным счетчиком моточасов, который напомнит о необходимости очередного ТО. У типового бензинового двигателя с воздушным охлаждением он составляет до 2000 моточасов, а у дизельного может доходить до 4000 моточасов. После выработки моторесурса двигатель придется ремонтировать.
Управление напряжением в большинстве моделей электростанций осуществляется автоматически с изменением нагрузки, а в некоторых предусмотрено еще и устройство поддержания стабильности частоты этого напряжения. Колебания и того и другого показателя могут составлять либо до 2, либо до 5 %. Однако непрерывная работа на высоких оборотах даже без нагрузки значительно повышает уровень шума и потребление топлива, одновременно снижая ресурс двигателя.
Если же в электростанции предусмотрен инверторный преобразователь, за оборотами двигателя с изменением нагрузки строго следит электроника. Сначала генерируемое переменное напряжение преобразуется в постоянное, после чего стабилизируются его возможные отклонения, а затем с помощью электронного устройства (лучше посредством широтной импульсной модуляции – ШИМ) вновь становится синусоидальным, но переменной частоты.
Следует подчеркнуть, что ШИМ обеспечивает почти идеальную синусоиду и коэффициент нелинейных искажений напряжения в лучших моделях инверторных генераторов близок к 2%, что почти в 4 раза меньше по сравнению с нормально допустимым значением этого показателя для городской электросети (см. ГОСТ 13109-97).
Инверторный генератор сложнее и дороже, но его двигатель служит дольше, а расход топлива у него значительно ниже.
Способ запуска двигателя электростанции может быть ручным и электрическим (кнопочным или автоматическим). При ручном запуске двигатель приводится в действие шнуром, который пользователь дергает рукой, при электрическом – поворотом ключа и нажатием кнопки встроенного электростартера опять же рукой пользователя или автоматически с помощью специального устройства АВР (автоматического ввода резерва). АВР приблизительно через 20–50 секунд после обесточивания электросети «оживит» все включенные бытовые электроприборы с помощью генератора, а при восстановлении централизованного электропитания автоматически отключит его же с перерывом подачи напряжения в сети всего на 2– 5 секунд. Это устройство может быть либо встроено в оборудование производителем, либо его придется докупать, если в электростанции предусмотрено для него место, либо придется дорабатывать генератор самому. В последнем случае у двигателя должен быть запуск электростартером.
Наиболее продвинутые АВР могут быть оснащены панелью управления с LCD-экраном и GSM-модулем, позволяющим управлять устройством посредством SMS и получать краткий отчет о его работе на смартфон, а более подробный – на электронную почту.
Генераторы могут быть однофазными и трехфазными. Первые используют для обслуживания однофазных потребителей электроэнергии, в то время как трехфазные устройства подходят для установки в загородных домах с трехфазной сетью. В них чаще всего предусмотрен отдельный выход для однофазного напряжения, что значительно расширяет их функциональные возможности. Выбор того или иного устройства зависит также от типа электропроводки.
Охлаждение двигателя может быть воздушным или жидкостным. Первое решение отличается компактностью и малым весом, поэтому более всего подходит для маломощного оборудования. Электростанции с охлаждением тосолом более габаритные и обычно обладают высокой мощностью (от 15 кВт), они используются чаще всего как резервный источник электроснабжения частного дома с постоянным проживанием.
Есть станции и на 9 кВт с жидкостным охлаждением, но их применяют сравнительно редко, и для теплых дач обычно берут электростанции с воздушным охлаждением. Тип охлаждения определяет время непрерывной работы электростанции, и лидерами являются устройства с жидкостным охлаждением, которые могут работать практически без остановки. При воздушном охлаждении большинству моделей нужны перерывы через каждые 5–8 часов работы из-за более низкой эффективности охлаждения, в результате чего температура работающего двигателя постепенно растет. Ну и, конечно, на продолжительность работы влияет объем топливного бака, который в некоторых моделях с воздушным охлаждением рассчитан как раз на допустимое время непрерывной работы.
Расход топлива двигателем зависит от его полной мощности, от загрузки (она не должна быть ниже 30 % от полной) и от фирмы–производителя двигателя. В среднем он составляет от 0,7–1,2 л/ч непрерывной работы при мощности 1–1,5 кВт до 3–5 л/ч при мощности 9–13 кВт. Усредненно расход топлива чаще всего считают, исходя из показателя 0,5 л/кВт·ч. Следует подчеркнуть, что этот расход у инверторных моделей ниже и сильнее зависит от загрузки.
Защита двигателя чаще всего реализуется в виде датчика уровня масла. Двигатель остановится автоматически, если его температура повысится до допустимого верхнего предела из-за недостаточного количества масла в поддоне картера. В ряде моделей имеется светодиод, загорающийся при срабатывании такой защиты.
Количество розеток с напряжением 220 В, предусмотренных на корпусе электростанции, может быть от 1 до 3, причем у ряда моделей есть еще розетка с постоянным напряжением 12 В. Следует помнить, что 12 В предусмотрены для зарядки аккумулятора, но отнюдь не для пуска двигателя автомобиля. Удобен на панели генератора контрольный вольтметр, который позволяет следить за уровнем выходного напряжения.
Вес бытовой электростанции, в зависимости от мощности и конструктивного исполнения, может быть от 10 до нескольких десятков и даже сотен кг. При необходимости периодического перемещения оборудования весом 35–100 кг следует выбирать модель с транспортировочными колесами.
Уровень звуковой мощности генератора – это уровень шума при его работе, характеризующийся силой давления на барабанные перепонки пользователя, а также расстоянием, на котором это давление оказывается. К примеру, возможно обозначение: «уровень шума на расстоянии 7 м составляет 72 дБА, или 65–67, а то и 62–64 дБА – у маломощных инверторных моделей». Для сравнения отметим, что уровень мощности 80 дБА свойствен реву мотоцикла на высоких оборотах.
Запуск при минусовых температурах – важный вопрос при эксплуатации электростанции. При использовании зимой следует размещать генератор не на открытом воздухе, а в отдельно отведенном помещении (пристройке к дому, хозблоке, гараже) или создать погодо- и шумозащитный кожух, что обеспечит запуск генератора при минусовой температуре не ниже 25–30 °С. Можно заказать контейнер со своей системой обогрева, пожаротушения и сигнализацией, что позволит запускать генератор при температуре не ниже –50 °С.
Есть модели, в которых предусмотрена возможность запуска с помощью пульта дистанционного управления (ДУ). У одних из них пульт ДУ входит в комплект поставки, а у других его следует приобретать опционально.
В нижеследующей таблице приведены основные характеристики некоторых распространенных моделей автономных электростанций (это - не реклама)
