Електричним генератором називається машина або установка, призначена для перетворення енергії неелектричної — в електричну: механічної — в електричну, хімічної — в електричну, теплової — в електричну тощо. енергії – в електричну.

Це може бути дизельний або бензиновий переносний генератор, генератор атомної електростанції, автомобільний генератор, саморобний генератор з асинхронного електродвигуна або тихохідний генератор для малопотужного вітряка. Наприкінці статті ми розглянемо як приклад два найбільш поширені генератори, але спочатку поговоримо про принципи їх роботи.

Так чи інакше, з фізичної точки зору принцип роботи кожного з механічних генераторів — той самий: коли при перетині лініями магнітного поля провідника - в цьому провіднику виникає ЕРС індукції. Джерелами сили, що призводить до взаємного переміщення провідника та магнітного поля, можуть бути різні процеси, проте в результаті від генератора завжди потрібно отримати ЕРС та струм для живлення навантаження.

Принцип роботи електричного генератора - Закон Фарадея

Принцип роботи електричного генератора було відкрито далекого 1831 року англійським фізиком Майклом Фарадеєм. Згодом цей принцип назвали законом Фарадея. Він полягає в тому, що при перетині провідником перпендикулярно магнітного поля, на кінцях цього провідника виникає різниця потенціалів.

Перший генератор був побудований самим Фарадеєм згідно з відкритим ним принципом, це був «диск Фарадея» - уніполярний генератор, у якому мідний диск обертався між полюсами підковоподібного магніту. Пристрій давав значний струм при незначній напрузі.

Пізніше було встановлено, що окремі ізольовані провідники в генераторах проявляють себе набагато ефективніше з практичної точки зору, ніж суцільний диск, що проводить. І в сучасних генераторах застосовуються тепер саме дротяні обмотки статора (у найпростішому демонстраційному випадку — виток із дроту).

Генератор змінного струму

У переважній більшості сучасні генератори - це синхронні генератори змінного струму. У них на статорі розташовується якірна обмотка, від якої і відводиться електрична енергія, що генерується. На роторі розташовується обмотка збудження, на яку через пару контактних кілець подається постійний струм, щоб отримати магнітне поле, що обертається, від обертового ротора.

За рахунок явища електромагнітної індукції, при обертанні ротора від зовнішнього приводу (наприклад від ДВС), його магнітний потік по черзі перетинає кожну з фаз обмотки статора, і таким чином наводить в них ЕРС.

Найчастіше фаз три, вони зміщені фізично на якорі один щодо одного на 120 градусів, так виходить трифазний синусоїдальний струм. Фази можна з'єднати за схемою "зірка" або "трикутник", щоб отримати .

Частота синусоїдальної ЕРС f пропорційна частоті обертання ротора: f = np/60, де p - число пар магнітних плюсів ротора, n - кількість обертів ротора за хвилину. Зазвичай максимальна швидкість обертання ротора - 3000 обертів на хвилину. Якщо підключити до обмотування статора такого синхронного генератора трифазний випрямляч, то вийде генератор постійного струму (так працюють, до речі, всі автомобільні генератори).

Тримашинний синхронний генератор

Звичайно, класичний синхронний генератор має один серйозний мінус — на роторі розташовуються контактні кільця і ​​щітки, прилеглі до них. Щітки виблискують і зношуються через тертя та електричну ерозію. У вибухонебезпечному середовищі це неприпустимо. Тому в авіації та в дизель-генераторах більш поширені безконтактні синхронні генератори, зокрема тримашинні.

Тримашинні пристрої в одному корпусі мають три машини: передзбудник, збудник і генератор — на загальному валу. Передзбудник - це синхронний генератор, він збуджується від постійних магнітів на валу, напруга, що генерується ним, подається на обмотку статора збудника.

Статор збудника діє на обмотку на роторі, з'єднану із закріпленим на ній трифазним випрямлячем, від якого живиться основна обмотка збудження генератора. Генератор генерує у своєму статорі струм.

Газові, дизельні та бензинові переносні генератори

Сьогодні дуже поширені в домашніх господарствах, які як приводні двигуни використовують ДВС - двигун внутрішнього згоряння, що передає механічне обертання на ротор генератора.

У генераторів на рідкому паливі є паливні баки, газовим генераторам необхідно подавати паливо через трубопровід, щоб потім газ був подано в карбюратор, де перетвориться на складову частину паливної суміші.

У всіх випадках паливна суміш спалюється в поршневій системі, обертаючи колінвал. Це схоже на роботу автомобільного двигуна. Колінвал обертає ротор безконтактного синхронного генератора (альтернатора).

Андрій Повний

1. Бензинові генератори

Основні середні характеристики бензоелектроагрегату

Основні переваги бензинових електростанцій

Як вибрати генератор (електростанцію)

Необхідна потужність електростанції

Активні навантаження

Реактивні навантаження

Високі пускові струми

Двигун

Професійні та побутові агрегати

Поради щодо вибору моторного масла для бензогенераторів

2. Як влаштовані та якими бувають сучасні двигуни (мотори) для автомобілів?

Як все починалося

Двигун (мотор) на автомобілі в наші дні

Геть половину циліндрів у двигуні (моторі)

Недалеке майбутнє автомобільних двигунів (моторів)

Тюнінг двигунів

BMW: еволюція двигунобудування відбулася

1. Бензинові генератори

Генератори – власне, незалежне джерело електроенергії – це не лише бажане доповнення до обладнання приватного будинку чи солідного підприємства. У нашій країні це необхідність та гарантія від виникнення непотрібних фінансових та виробничих проблем. Разом з тим, для деяких видів людської діяльності, таких, як видобуток корисних копалин або проведення аварійно-рятувальних робіт, автономне джерело харчування просто життєво необхідне. Відмінними рисами сучасних електростанцій є економічність, компактні розміри, різні конструктивні рішення шумоподавлення, наявність інтелектуальних пристроїв моніторингу та управління процесом вироблення електроенергії, перемикання навантаження, синхронізації генераторів із мережею та між собою. Існує безліч термінів для позначення того самого обладнання, яке розуміється під терміном електростанція:

Портативна електростанція;

Переносна електростанція;

Бензинова електростанція;

Дизельна електростанція;

Газова електростанція;

Бензогенератор;

Дизель генератор;

Стаціонарна, промислова, пересувна та контейнерна електростанція;

Генераторне встановлення.

Усі вони поєднуються загальним принципом роботи – перетворенням теплової енергії палива на електричну. ККД таких електростанцій 25-30%. Для підвищення ККД (або для утилізації тепла, що виробляється електростанцією), створено МІНІ-ТЕЦ, що утилізує тепло для систем опалення. Загалом, всі електростанції можна поділити:

За призначенням – побутові, професійні (до 15кВА); -застосування - резервні, основні:

За видом палива – бензин, дизпаливо, газ (скраплений чи магістральний);

По виконанню - відкриті, в корпусі шумопоглинаючого, в контейнері, в кунге і т.п.;

За видом пуску – ручний (для малогабаритних), електростартерний чи автоматичний;

По фірмі – виробнику. Основними та найпопулярнішими є бензинові та дизельні електростанції.

Бензинова електростанція або бензогенератор

Як первинний двигун використовується карбюраторний двигун внутрішнього згоряння (ДВС) із зовнішнім сумішоутворенням і іскровим запалюванням. Частина енергії, що виділяється при згорянні палива, в ДВС перетворюється на механічну роботу, а частина, що залишилася, в теплоту. Механічна робота на валу двигуна використовується для вироблення електроенергії генератором електричного струму. Паливо для бензогенератора – високооктанові сорти бензину. Застосування антидетонаційних присадок, сумішей бензину зі спиртами тощо можливо тільки за погодженням з виробником. Конкретний склад та інші характеристики палива, що використовується для роботи електростанції, визначає виробник двигуна. Необхідно зауважити, що бензиновий генератор – це джерело електроенергії щодо невеликої потужності. Вона підійде у тому випадку, якщо Ви плануєте здійснювати резервне, сезонне чи аварійне енергозабезпечення Вашого об'єкту. Подібні агрегати зазвичай мають менший ресурс та потужність у порівнянні з дизельгенераторами, проте зручніші в експлуатації за рахунок меншої ваги, габаритів та рівня шуму при роботі. Варіанти використання та виконання бензинових електростанцій: як резервне джерело електропостачання малої потужності в стаціонарному виконанні, як єдине можливе джерело при проведенні аварійно-рятувальних та ремонтних робіт, робіт, що виконуються в польових умовах та на віддалених об'єктах, для забезпечення електроенергією різноманітних пересувних об'єктів у виконаному або мобільному виконанні.

Простіше кажучи, бензинова електростанція – ідеальний вибір для власників малих підприємств (бензоколонка, магазин), власників заміських будинків, туристів, будівельних бригад, телекомпаній та ін.

Компактна та надійна, економічна та малошумна автономна бензостанція візьме на себе вирішення проблем з енергозабезпеченням.

Основні середні характеристики бензоелектроагрегату

Питома витрата палива, кг/кВтч – 0,3-0,45

Питома витрата олії, г/кВтч – 0,4-0,45

ККД% - 0,18-0,24

Діапазон потужності бензоелектроагрегатів кВт – 0,5-15,00

Напруга, В – 240/400

Діапазон робочих режимів, % від ном. Потужності – 15-100

Необхідний тиск газу, кг/см2 – 0,02-15

Ресурс до поточного ремонту (не менше), тис. год – 1,5-2,0 -Ресурс до капітального ремонту (не менше), тис. год – 6,0-8,0

Витрати ремонту, % вартості –5-20

Шкідливі викиди (СО), % 2,55

Рівень шуму з відривом 1м (трохи більше), дБ 80.

Основні переваги бензинових електростанцій

Відносно низька вартість обладнання порівняно з дизельними та газовими електростанціями;

Компактність і хороший показник співвідношення маси обладнання до величини енергії, що виробляється;

Легкий запуск за умов низьких температур;

Низький рівень шуму електростанції;

Простота експлуатації.

Як вибрати генератор (електростанцію)

Розглядається техніка з обмеженою вихідною потужністю до 15кВА та звичайними (бензиновими або дизельними) моторами. Основою будь-якої міні-електростанції (або генераторної установки) є двигун-генераторний агрегат, що складається з дизельного або бензинового двигуна та електричного генератора.

Двигун та генератор безпосередньо з'єднані між собою та укріплені через амортизатори на сталевій основі. Двигун оснащений системами (запуску, стабілізації частоти обертання, паливної, мастила, охолодження, подачі повітря та вихлопу), що забезпечують надійну роботу електростанції. Запуск двигуна ручний або за допомогою електростартера або автозапуск, що працює від стартерної 12-вольтної акумуляторної батареї. У двигуно-генераторному агрегаті використовуються синхронні або асинхронні самозбудливі безщіткові генератори. Електростанція також може мати панель управління та пристрої автоматики (або блок автоматики), за допомогою яких здійснюється керування станцією, контроль за її станом та захист від аварійних ситуацій. Максимально спрощений принцип дії міні-електростанції полягає в наступному: мотор "перетворює" паливо на обертання свого валу, а генератор з ротором, пов'язаним з валом двигуна, за законом Фарадея перетворює оберти на змінний електричний струм. Насправді, не все так просто. Найчастіше відбуваються дивні, здавалося б, ситуації, коли, наприклад, при підключенні звичайного занурювального насоса типу “Малюк” із заявленою споживаною потужністю 350-400Вт до міні-електростанції 2,0кВА, насос відмовляється працювати. Намагатимемося дати короткі рекомендації, які допоможуть правильно орієнтуватися при виборі станції.

Необхідна потужність електростанції. Щоб вирішити цю проблему, спочатку необхідно визначити прилади, які планується підключити.

Активні навантаження. Найпростіші, вся споживана енергія перетворюється на тепло (освітлення, електроплити, електронагрівачі тощо). У цьому випадку розрахунок простий: для їх живлення достатньо агрегату з потужністю, що дорівнює їх сумарній потужності.

Реактивні навантаження. Усі інші навантаження. Вони, у свою чергу, поділяються на індуктивні (котушка, дриль, пила, насос, компресор, холодильник, електродвигун, принтер) та ємнісні (конденсатор). У реактивних споживачів частина енергії витрачається освіту електромагнітних полів. Показником міри цієї частини енергії, що витрачається, є так званий cos. Наприклад, якщо він дорівнює 0,8, то 20% енергії перетворюється над тепло. Потужність, поділена на cos, дасть "реальне" споживання потужності. Приклад: якщо на дрилі написано 500 Вт і cos=0,6 це означає, що насправді інструмент буде споживати від генератора 500:0,6=833 Вт. Потрібно мати на увазі також таке: кожна електростанція має власний cos, який обов'язково потрібно враховувати. Наприклад, якщо він дорівнює 0,8, то для роботи вищезгаданого дриля від електростанції потрібно 833 Вт: 0,8 = 1041 ВА. До речі, саме з цієї причини грамотне позначення потужністю ВА (вольт-ампери), що видається електростанцією, а не Вт (вати).

Високі пускові струми. Будь-який електродвигун у момент включення споживає енергії у кілька разів більше, ніж у штатному режимі. Стартове навантаження за часом не перевищує часткою секунди, тому головне - щоб електростанція змогла її витримати, не відключаючись і, тим більше, не виходячи з ладу. Обов'язково потрібно знати, які стартові навантаження здатний витримати той чи інший агрегат. Через високі пускові струми найбільш "страшними" приладами є ті, у яких відсутній холостий хід. Робота зварювального апарату з погляду міні-електростанції виглядає як банальне коротке замикання. Тому для їх енергопостачання рекомендується використовувати спеціальні генераторні установки, або принаймні "варити" через зварювальний трансформатор. У занурювального насоса споживання в момент пуску може підскочити в 7 - 9 разів.

«Сучасний двигун внутрішнього згоряння за визначенням не є найвидатнішим продуктом з погляду технологій. Це означає, що його можна вдосконалювати нескінченно» (Мет Тревітник, президент венчурного фонду сім'ї Рокфеллер Venrock).

Двигун з вільним поршнем – лінійний двигун внутрішнього згоряння, позбавлений шатунів, в якому рух поршня визначається не механічними зв'язками, а співвідношенням сил газів, що розширюються, і навантаження

Вже у листопаді цього року на американський ринок вийде Chevrolet Volt, електромобіль із бортовим генератором електроенергії. Volt буде оснащений потужним електродвигуном, що обертає колеса, і компактним ДВС, який лише заряджає виснажену літій-іонну батарею. Цей агрегат завжди працює на максимально ефективних обертах. З цим завданням легко справляється звичайний ДВС, який звик до куди тяжчого тягаря. Однак незабаром його можуть змінити більш компактні, легкі, ефективні та дешеві агрегати, спеціально створені для роботи в якості електрогенератора.

Коли мова заходить про принципово нові конструкції ДВС, скептики починають морщити носи, кивати на сотні пилючих на полицях псевдореволюційних проектів і трясти святими мощами чотирьох горщиків і розподільного валу. Сто років панування класичного двигуна внутрішнього згоряння когось хочеш переконають у марності інновацій. Але тільки не професіоналів у сфері термодинаміки. До них належить професор Пітер Ван Бларіган.

Енергія під замком

Одна з найрадикальніших концепцій ДВЗ в історії — двигун із вільним поршнем. Перші згадки про нього у спеціальній літературі відносяться до 1920-х років. Уявіть металеву трубу з глухими кінцями і циліндричний поршень, що ковзає всередині неї. На кожному кінці труби розташовані інжектор для впорскування палива, впускний і випускний порти. Залежно від типу палива до них можуть бути додані свічки запалювання. І все: менше десятка найпростіших деталей і лише одна рухома. Пізніше з'явилися більш витончені моделі ДВЗ із вільним поршнем (FPE) — із двома чи навіть чотирма оппозитними поршнями, але це не змінило суті. Принцип роботи таких моторів залишився незмінним - зворотно-поступальний лінійний рух поршня в циліндрі між двома камерами згоряння.

Теоретично ККД FPE перевалює за 70%. Вони можуть працювати на будь-якому виді рідкого або газоподібного палива, вкрай надійні та чудово збалансовані. Крім того, очевидні їхня легкість, компактність і простота у виробництві. Єдина проблема: як зняти потужність з такого мотора, що механічно являє собою замкнуту систему? Як осідлати поршень, що снує з частотою до 20000 циклів за хвилину? Можна використовувати тиск вихлопних газів, але ефективність падає в рази. Це завдання довго залишалося нерозв'язним, хоча спроби робилися регулярно. Останніми про неї обламали зуби інженери General Motors у 1960-х роках у процесі розробки компресора для експериментального газотурбінного автомобіля. Зразки суднових насосів, що діють, на основі FPE на початку 1980-х були виготовлені французькою компанією Sigma і британською Alan Muntz, але в серію вони не пішли.

Можливо, про FPE ще довго ніхто не згадав би, але допомогла випадковість. У 1994 році Департамент енергетики США доручив вченим Національної лабораторії Sandia вивчити ефективність бортових генераторів електроенергії на базі ДВС різних типів, що працюють на водні. Ця робота була доручена групі Пітера Ван Бларігана. У ході здійснення проекту Ван Бларіган, якому концепція FPE була відома, зумів знайти дотепне вирішення проблеми перетворення механічної енергії поршня в електрику. Замість ускладнення конструкції, а значить зниження результуючого ККД, Ван Бларіган пішов шляхом віднімання, закликавши на допомогу магнітний поршень і мідну обмотку на циліндрі. Незважаючи на всю простоту, таке рішення було б неможливим ані у 1960-х, ані у 1970-х роках. Тоді ще не існувало досить компактних і потужних постійних магнітів. Все змінилося на початку 1980-х після винаходу сплаву на основі неодиму, заліза та бору.

Єдина деталь поєднує два поршні, паливний насос і клапанну систему.

За цю роботу у 1998 році на Всесвітньому конгресі Товариства автомобільних інженерів SAE Ван Бларігану та його колегам Ніку Парадізо та Скотту Голдсборо було присвоєно почесну премію імені Харрі Лі Ван Хорнінга. Очевидна перспективність лінійного генератора із вільним поршнем (FPLA), як назвав свій винахід Ван Бларіган, переконала Департамент енергетики продовжити фінансування проекту до стадії експериментального агрегату.

Електронний пінг-понг

Двотактний лінійний генератор Бларигана є трубою з електротехнічної кремнистої сталі довжиною 30,5 см, діаметром 13,5 см і масою трохи більше 22 кг. Внутрішня стінка циліндра є статором з 78 витками мідного дроту квадратного перерізу. У зовнішню поверхню алюмінієвого поршня вбудовані сильні неодимові магніти. Паливний заряд та повітря надходять у камеру згоряння двигуна у вигляді туману після попередньої гомогенізації. Запалювання відбувається в режимі HCCI - в камері одночасно виникає безліч мікроосередків займання. Жодної механічної системи газорозподілу у FPLA немає - її функції виконує сам поршень.

Труба Франка Штельзера

1981 року німецький винахідник Франк Штельзер продемонстрував двотактний мотор із вільним поршнем, який він розробляв у своєму гаражі з початку 1970-х. За його розрахунками, двигун був на 30% економічніше звичайного ДВС. Єдина деталь двигуна, що рухається, - здвоєний поршень, що снує з скаженою частотою всередині циліндра. Сталева труба довжиною 80 см, оснащена карбюратором низького тиску від мотоцикла Harley-Davidson та блоком котушок запалювання Honda, за грубими підкидками Стельзера могла виробляти до 200 к.с. потужності при частоті до 20 000 циклів за хвилину. Штельзер стверджував, що його мотори можна робити з простих сталей, а вони можуть охолоджуватися як повітрям, так і рідиною. У 1981 році винахідник привіз свій мотор на міжнародний Франфуртський автосалон в надії зацікавити провідні автокомпанії. Спочатку ідея викликала певний інтерес з боку німецьких автовиробників. За відгуками інженерів Opel, прототип двигуна демонстрував чудовий термічний ККД, а його надійність була абсолютно очевидною - ламатися там практично не було чому. Усього вісім деталей, з яких одна рухома - здвоєний поршень складної форми з системою кілець ущільнювачів загальною масою 5 кг. У лабораторії Opel було розроблено кілька теоретичних моделей трансмісії для мотора Штельзера, включаючи механічну, електромагнітну та гідравлічну. Але жодна з них не була визнана досить надійною та ефективною. Після Франкфуртського автосалону Штельзер та його дітище зникли з поля зору автоіндустрії. Ще кілька років після цього в пресі раз у раз з'являлися повідомлення про наміри Штельзера запатентувати технологію в 18 країнах світу, оснастити своїми моторами опріснювальні установки в Омані та Саудівській Аравії тощо. сайт в інтернеті все ще доступний.

Максимальна потужність FPLA складає 40 кВт (55 конячок) за середнього споживання палива 140 г на 1кВтч. За ефективністю двигун не поступається водневим паливним осередкам - термічний ККД генератора при використанні в якості палива водню та ступеня стиснення 30:1 досягає 65%. На пропані трохи менше – 56%. Крім цих двох газів FPLA з апетитом перетравлює солярку, бензин, етанол, спирт і навіть відпрацьовану олію.

Однак ніщо не дається малою кров'ю. Якщо проблема перетворення теплової енергії на електричну Ван Бларіганом вирішена успішно, то управління примхливим поршнем стало серйозним головним болем. Верхня мертва точка траєкторії залежить від ступеня стиснення та швидкості згоряння паливного заряду. Фактично гальмування поршня відбувається за рахунок створення критичного тиску в камері та подальшого мимовільного займання суміші. У звичайному ДВС кожен наступний цикл є аналогом попереднього завдяки жорстким механічним зв'язкам між поршнями та коленвалом. У FPLA тривалість тактів і верхня мертва точка — плаваючі величини. Найменша неточність у дозуванні паливного заряду або нестабільність режиму згоряння викликають зупинку поршня або удар в одну з бічних стінок.

Двигун Ecomotors відрізняється не лише скромними габаритами та масою. Зовні плоский агрегат нагадує опозитні мотори Subaru і Porsche, які дають особливі переваги компонування у вигляді низького центру тяжіння і лінії капота. Це означає, що автомобіль буде не тільки динамічним, а й добре керованим.

Таким чином, для двигуна такого типу потрібна потужна та швидкодіюча електронна система управління. Створити її не так просто, як здається. Багато експертів вважають це завдання важкоздійсненним. Гаррі Смайт, науковий керівник лабораторії General Motors із силових установок, стверджує: «Двигуни внутрішнього згоряння з вільним поршнем мають низку унікальних переваг. Але щоб створити надійний серійний агрегат, потрібно ще дуже багато дізнатися про термодинаміку FPE і навчитися керувати процесом згоряння суміші. Йому вторить професор Массачусетського технологічного інституту Джон Хейвуд: «У цій галузі ще дуже багато білих плям. Не факт, що для FPE вдасться розробити просту та дешеву систему управління».

Ван Бларіган оптимістичніший, ніж його колеги по цеху. Він стверджує, що керування положенням поршня може бути надійно забезпечене за допомогою тієї ж пари - статор та магнітна оболонка поршня. Більше того, він вважає, що повноцінний прототип генератора з налагодженою системою управління та ККД не менше 50% буде готовим вже до кінця 2010 року. Непряме підтвердження прогресу у цьому проекті – засекречення у 2009 році багатьох аспектів діяльності групи Ван Бларігана.

Значна частина втрат на тертя у звичайних ДВС посідає повороти шатуна щодо поршня. Короткі шатуни повертаються на більший кут, ніж довгі. У OPOC дуже довгі та порівняно важкі шатуни, які знижують втрати на тертя. Унікальна конструкція шатунів OPOC не потребує використання поршневих пальців для внутрішніх поршнів. Замість них застосовуються радіальні увігнуті гнізда великого діаметру, усередині яких ковзає головка шатуна. Теоретично така конструкція вузла дозволяє зробити шатун довшим за звичайний на 67%. У звичайному ДВЗ серйозні втрати на тертя виникають у навантажених підшипниках колінвала під час робочого такту. У OPOC цієї проблеми немає зовсім — лінійні різноспрямовані навантаження на внутрішній і зовнішній поршні повністю компенсують один одного. Тому замість п'яти опорних підшипників коленвала для OPOC потрібно лише два.

Конструктивна опозиція

У січні 2008 року знаменитий венчурний інвестор Винод Хосла розсекретив один із своїх останніх проектів — компанію EcoMotors, створену роком раніше Джоном Колетті та Петером Хоффбауером, двома визнаними гуру моторобудування. У послужному списку Хоффбауера чимало проривних розробок: перший турбодизель для легкових автомобілів Volkswagen та Audi, опозитний двигун для Beetle, перший 6-циліндровий дизель для Volvo, перший рядний 6-циліндровий дизель Inline-Compact-V, вперше встановлений у Golf, та його близнюк VR6, призначений для Mercedes. Джон Колетті не менш відомий серед автомобільних інженерів. Довгий час він керував підрозділом Ford SVT із розробки спеціальних серій заряджених автомобілів.

У загальному активі Хоффбауера та Колетті понад 150 патентів, участь у 30 проектах з розробки нових двигунів та у 25 проектах нових серійних автомобілів. EcoMotors була створена спеціально для комерціалізації винайденого Хоффбауером модульного двоциліндрового двотактного оппозитного турбодизеля з технологією OPOC.

Невеликий розмір, шалена питома потужність 3,25 л. на 1 кг маси (250 к.с. на 1л об'єму) і танкова тяга в 900 Н м при більш ніж скромному апетиті, можливість збирати з окремих модулів 4-, 6- та 8-циліндрові блоки - ось основні переваги стокілограмового модуля OPOC EM100 . Якщо сучасні дизелі на 20-40% ефективніші за бензинові ДВС, то OPOC — на 50% ефективніші за кращі турбодизелі. Його розрахунковий ККД – 57%. Незважаючи на свою фантастичну зарядженість, двигун Хоффбауера відрізняється ідеальною збалансованістю та дуже м'якою роботою.

В OPOC поршні з'єднуються з колінвалом, розташованим у центрі, довгими шатунами. Простір між двома поршнями є камерою згоряння. Паливний інжектор знаходиться в області мертвої точки верхньої, а впускний повітряний порт і випускний порт для відпрацьованих газів - в області нижньої мертвої точки. Таке розташування разом з електричним турбонагнітачем забезпечує оптимальне продування циліндра - в OPOC немає ні клапанів, ні розподільного валу.

Турбонагнітач - невід'ємна частина двигуна, без якої його робота неможлива. Перед запуском двигуна турбонагнітач протягом однієї секунди нагріває порцію повітря до температури 100 ° C і закачує її в камеру згоряння. Дизелю OPOC не потрібні калільні свічки, а запуск у холодну погоду не приносить проблем. При цьому Хоффбауер вдалося знизити ступінь стиснення зі звичних для дизелів 19-22:1 до скромних 15-16. Все це, у свою чергу, призводить до зниження робочої температури в камері згоряння та витрати палива.

Троянський кінь

Вже сьогодні EcoMotors має три повністю готові до виробництва оппозитні агрегати різної потужності: модуль потужністю 13,5 к.с. (Розміри - 95 мм / 155 мм / 410 мм, вага - 6 кг), 40 к.с. (95 мм / 245 мм / 410 мм, 18 кг) та модуль 325л.с. (400 мм/890 мм/1000 мм, 100 кг). Хоффбауер і Колетті мають намір продемонструвати електрогібридний седан п'ятимісний середнього класу з дизельним генератором OPOC на базі однієї з масових моделей вже в поточному році. Середня витрата солярки цього автомобіля не перевищить 2 л на сотню в комбінованому електричному і змішаному режимах. Нещодавно EcoMotors відкрила свій технічний центр у місті Троя, штат Мічиган, і вже шукає відповідне підприємство для організації серійного виробництва своїх моторів. Незважаючи на розсекреченість проекту, з надр компанії надходить вкрай убога інформація. Очевидно, Винод Хосла вирішив притримати до пори забійні козирі.

Як працює, розглянемо на прикладі Touareg, із гібридним силовим агрегатом.

Що означає поняття "техніка гібридного приводу"?

Термін «гібрид» бере свій початок від латинського слова hybrida, і означає щось схрещене або змішане. У техніці гібридом називають систему, в якій комбінуються одна з одною дві різні технології. У зв'язку з концепціями приводу термін технологія гібридного приводу застосовується для позначення двох напрямків: бівалентний (або двопаливний) силовий агрегат гібридний силовий агрегат

У разі гібридної технології приводу йдеться про комбінацію з двох різних силових агрегатів, робота яких ґрунтується на різних принципах дії. В даний час під технологією гібридного приводу мають на увазі комбінацію двигуна внутрішнього згоряння та електродвигунагенератора (електромашини). Ця електромашина може використовуватися як генератор для вироблення електричної енергії, тяговий електродвигун для руху автомобіля та стартер для запуску двигуна внутрішнього згоряння. Залежно від виконання основної конструкції розрізняють три види силового гібридного агрегату: т.зв. "Мікрогібридний" силовий агрегат, т.зв. «Середньогібридний» силовий агрегат, т.зв. "повногібридний" силовий агрегат.

"Мікрогібридний" силовий агрегат

У цій концепції приводу електричний компонент (стартер/генератор) служить виключно реалізації функції Стартстоп. Частину кінетичної енергії можна знову використовувати як електричну енергію (рекуперація). Привід лише від електричної тяги не передбачено. Параметри 12 вольтної АКБ зі скловолоконним наповнювачем адаптовані до частих запусків двигуна.

«Середньогібридний» привід

Електричний привід підтримує роботу двигуна внутрішнього згоряння. Рух автомобіля лише на електричній тязі неможливий. У «середньогібридного» приводу більшість кінетичної енергії при гальмуванні регенерується, і як електричної енергії накопичується у високовольтної батареї. Високовольтна батарея, а також електричні компоненти сконструйовані для більш високої електричної напруги та, таким чином, більш високої потужності. Завдяки підтримці електродвигунагенератора режим роботи теплового двигуна може бути зміщений в область максимальної ефективності. Це позначається як усунення точки навантаження.

«Повногібридний» силовий агрегат

Потужний електродвигунгенератор комбінується з двигуном внутрішнього згоряння. Можливий рух лише на електричній тязі. Електродвигунгенератор, якщо дозволяють умови, підтримує роботу двигуна внутрішнього згоряння. Рух із малою швидкістю здійснюється лише на електричній тязі. Реалізовано функцію Стартстоп для двигуна внутрішнього згоряння. Рекуперація використовується для заряджання високовольтної батареї. Завдяки роздільному зчепленню між двигуном внутрішнього згоряння та електродвигуномгенератором можна забезпечити роз'єднання обох систем. Двигун внутрішнього згоряння підключається до роботи лише за необхідності.

Основи гібридної техніки

Системи повного гібридних силових агрегатів поділяються на три підгрупи: паралельний силовий гібридний агрегат, роздільний силовий агрегат (з розділеними потоками потужності), послідовний гібридний силовий агрегат.

Паралельний гібридний силовий агрегат

Паралельне виконання гібридного силового агрегату відрізняється простотою. Він використовується у разі, коли необхідно "гібридизувати" існуючий автомобіль. Двигун внутрішнього згоряння, електромоторгенератор та коробка передач розташовуються на одній осі. Зазвичай в системі паралельного силового гібридного агрегату використовується один електродвигун генератор. Сума одиничної потужності двигуна внутрішнього згоряння та потужності електродвигунагенератора відповідає повній потужності. Ця концепція забезпечує високий рівень запозичення вузлів і деталей колишнього автомобіля. У повнопривідних автомобілів зі схемою паралельного гібридного силового агрегату привод всіх чотирьох коліс реалізований за допомогою диференціала Torsen і роздавальної коробки.

Роздільний гібридний привід

У системі роздільного гібридного приводу крім двигуна внутрішнього згоряння є електродвигунгенератор. Обидва двигуни розташовуються під капотом. Крутний момент двигуна внутрішнього згоряння, як і від електродвигунагенератора, через планетарну передачу подається на коробку передач автомобіля. На противагу паралельному гібридному приводу, зняти таким чином суму окремих потужностей для приводу коліс неможливо. Вироблена потужність частково витрачається на приведення автомобіля в рух, частково у вигляді електричної енергії накопичується у високовольтній батареї.

Послідовний гібридний силовий агрегат

Автомобіль обладнаний двигуном внутрішнього згоряння, генератором та електродвигуном генератором. Однак на відміну від обох описаних раніше концепцій, двигун внутрішнього згоряння не має можливості самостійно рухати валом, або через коробку передач. Потужність від двигуна внутрішнього згоряння на колеса не передається. Основний привід автомобіля здійснює електродвигун генератор. Якщо ємність високовольтної батареї надто низька, запускається двигун внутрішнього згоряння. Через генератор двигун внутрішнього згоряння заряджає високовольтну батарею. Електродвигунгенератор знову може отримувати енергію від високовольтної батареї.

Роздільний послідовний гібридний силовий агрегат

Роздільний послідовний гібридний силовий агрегат є змішаною формою двох описаних вище гібридних приводів. Автомобіль обладнаний одним двигуном внутрішнього згоряння та двома електродвигунами генераторами. Двигун внутрішнього згоряння та перший електродвигунгенератор розміщені під капотом. Другий електродвигунгенератор розташований на задній осі. Ця концепція використовується для повнопривідних автомобілів. Двигун внутрішнього згоряння та перший електродвигунгенератор через планетарну передачу можуть наводити коробку передач автомобіля. І в цьому випадку діє правило, згідно з яким поодинокі потужності приводу не можуть відбиратися для приводу коліс у вигляді сумарної потужності. Другий електродвигун генератор на задній осі активується за потреби. У зв'язку з таким конструктивним виконанням приводу високовольтна батарея розташовується між обома осями автомобіля.

Інші терміни та визначення Тут будуть коротко роз'яснені інші терміни та визначення, які часто використовуються у зв'язку з технологією гібридного приводу.

Рекуперація. У випадку цей термін у техніці означає спосіб повернення енергії. При рекуперації наявна енергія одного виду перетворюється на інший, що використовується в подальшому вид енергії. Потенційна хімічна енергія палива перетворюється на трансмісії на кінетичну енергію. Якщо автомобіль загальмовується звичайним гальмом, то надмірна кінетична енергія за допомогою тертя гальм перетворюється на теплову енергію. Тепло, що виникає, розсіюється в навколишньому просторі, і тому використовувати його надалі неможливо.

Якщо ж навпаки, як при використанні технології гібридного приводу, додатково до класичних гальм генератор використовується як моторне гальмо, то частина кінетичної енергії перетворюється на електричну енергію, і таким чином стає доступною для подальшого використання. Енергетичний баланс автомобіля покращується. Цей вид регенеративного гальмування називають рекуперативним гальмом.

Як тільки в режимі примусового холостого ходу швидкість автомобіля знижується шляхом гальмування натисканням педалі гальма або автомобіль рухається накатом або автомобіль рухається під ухил істема гібридного приводу включає електродвигун - генератор і використовує його в режимі генератора.

І тут він заряджає високовольтну батарею. Таким чином у режимі примусового холостого
ходу з'являється можливість "заправляти" автомобілі з електричним гібридним приводом електроенергією.
При русі автомобіля накатом електродвигун генератор, що працює в режимі генератора,
перетворює з енергії руху на електричну енергію тільки таку кількість енергії, яка
потрібно для роботи 12 вольтної бортової мережі.

Електродвигун-генератор (електромашина)

Термін електродвигун-генератор, або електромашина, використовується замість термінів генератор, електродвигун та стартер. В принципі, будь-який електродвигун можна застосовувати і як генератор. Якщо вал електродвигуна наводиться від зовнішнього приводу, то електродвигун, подібно до генератора, виробляє електричну енергію. Якщо до електромашини підводиться електрична енергія, вона працює як електродвигун. Таким чином, електродвигунгенератор автомобілів з електричним гібридним приводом замінює звичайний стартер двигуна внутрішнього згоряння, а також звичайний генератор (освітлювальний генератор).

Електричний прискорювач (E-boost)

За аналогією з функцією Kickdown двигунів внутрішнього згоряння, яка робить доступною максимальну потужність двигуна, гібридний привід має функцію електричного прискорювача E-Boost. При використанні функції електродвигун-генератор і двигун внутрішнього згоряння видають свої максимальні індивідуальні потужності, які складаються більш високе значення сумарної потужності. Сума індивідуальних потужностей обох видів двигунів відповідає сумарній потужності трансмісії.

Внаслідок втрат потужності в електродвигуні-генераторі, його потужність у режимі генератора нижча, ніж у режимі тягового електродвигуна. Потужність електродвигуна-генератора у режимі двигуна становить 34 кВт. Потужність електродвигуна-генератора як генератора дорівнює 31 кВт. У Touareg із гібридним приводом двигун внутрішнього згоряння має потужність 245 кВт, а електродвигун-генератор потужність 31 кВт. У режимі тягового електродвигуна електродвигун-генератор видає потужність 34 кВт. Водночас двигун внутрішнього згоряння та електродвигун-генератор у режимі тягового електродвигуна розвивають сумарну потужність 279 кВт.

Функція Старт-Стоп

Технологія гібридного приводу дозволяє реалізувати в цій конструкції автомобіля функцію Стартстоп. У випадку звичайного автомобіля із системою Стартстоп, для відключення двигуна внутрішнього згоряння автомобіль повинен зупинитися (наприклад: Passat BlueMotion). Однак автомобіль з повним гібридним приводом може рухатися і електричною тягою. Ця особливість дозволяє системі Стартстоп відключати двигун внутрішнього згоряння на автомобілі, що рухається, або котиться. Двигун внутрішнього згоряння вмикається залежно від потреби. Це може відбуватися у разі швидкого розгону, під час руху на високій швидкості, з високим навантаженням, або за високого ступеня розрядженості високовольтної батареї. При високому ступені розрядженості високовольтної батареї система гібридного приводу може використовувати двигун внутрішнього згоряння у поєднанні з електродвигуном-генератором, що працює в режимі генератора, для заряджання високовольтної батареї. В інших випадках автомобіль з повним гібридним приводом може рухатися електричною тягою. Двигун внутрішнього згоряння знаходиться в режимі зупинки. Це дійсно і у разі повільного руху транспортоного потоку, зупинки на світлофорі, при русі в режимі примусового холостого ходу під ухил, або при русі автомобіля накатом. Коли двигун внутрішнього згоряння не працює, він не витрачає паливо та не викидає в атмосферу шкідливі речовини. Інтегрована в систему гібридного приводу функція Старт-стоп підвищує ККД та екологічність автомобіля. У той час, коли двигун внутрішнього згоряння знаходиться в режимі зупинки, кліматичне встановлення може продовжувати роботу. Компресор кліматичної установки є елементом високовольтної системи.

Аргументи на користь гібридної техніки

Чому ми комбінуємо електродвигун-генератор із двигуном внутрішнього згоряння? Для відбору моменту, що крутить, частота обертання двигуна внутрішнього згоряння повинна бути не нижче частоти обертання холостого ходу. При зупинці двигун не може віддавати момент, що крутить. При збільшенні частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння його момент, що крутить, збільшується. Електромоторгенератор з першими оборотами видає максимальний момент, що крутить. Він немає частоти обертання холостого ходу. При збільшенні частоти обертання його крутний момент зменшується. Завдяки роботі електродвигуна-генератора у двигуна внутрішнього згоряння виключено найскладніший режим роботи: у діапазоні нижче оборотів холостого ходу. Завдяки підтримці електродвигунагенератора двигун внутрішнього згоряння може експлуатуватися в більш ефективних режимах. Це усунення точки навантаження підвищує ККД силового агрегату.

Чому застосовується повний гібридний силовий агрегат (привід)?

Повний гібридний агрегат, на відміну від інших варіантів гібридного приводу, поєднує функцію вбудованої системи Стартстоп, систему E-Boost, функцію рекуперації та можливість руху тільки на електродвигуні (режим електричної тяги).

Електродвигун-генератор

Електродвигун-генератор розміщений між двигуном внутрішнього згоряння та АКП. Він є синхронним двигуном трифазного струму. За допомогою силового електронного модуля постійна напруга 288 перетворюється на трифазну змінну напругу. Три фази напруга створюють в електродвигунігенераторі трифазне електромагнітне поле.

Високовольтна батарея

Доступ до високовольтної батареї забезпечується через покриття багажного відсіку. Вона виконана у вигляді модуля та включає різні компоненти високовольтної системи Touareg. Модуль високовольтної батареї має масу 85 кг і може замінюватись лише у зборі.

Високовольтну батарею не можна порівнювати зі звичайною акумуляторною батареєю з напругою 12 В. У нормальному режимі експлуатації високовольтна батарея працює у вільному діапазоні рівня зарядки від 20% до 85%. Переносити такі навантаження протягом тривалого часу звичайна 12-вольтна АКБ нездатна. Тому високовольтну батарею слід розглядати як оперативний пристрій для накопичення енергії для електричного приводу. Подібно до конденсатора вона може накопичувати і знову віддавати електричну енергію. В принципі, рекуперацію, регенерацію енергії можна розглядати як можливість заправки автомобіля енергією під час руху. Застосування високовольтної батареї в автомобілі з гібридним приводом відрізняється чергуванням циклів зарядки (рекуперація) та розрядки (рух на електричному приводі) високовольтної батареї.

Приклад: Якщо порівняти енергію високовольтної батареї з енергією, що утворюється при спалюванні палива, кількість енергії, яку може виробити батарея, буде відповідати приблизно 200 мл палива. Цей приклад демонструє, що на шляху створення електромобілів, акумуляторні батареї, з точки зору здатності накопичувати енергію, повинні бути суттєво модернізовані.

Бензинові та дизельні електрогенератори - це пристрої, що перетворюють механічну енергію обертання валу двигуна внутрішнього згоряння електричну енергію. Вони використовуються як тимчасове або постійне джерело електроживлення.

При розмові про автономні пристрої, що генерують електроенергію, оперують виразами "електрогенератор" та "електростанція". Чіткого розмежування між цими термінами немає, проте коли говорять про електростанції, частіше мають на увазі досить потужні пристрої (понад 15-20 кВт), призначені для безперервної роботи. Коли ж говорять про електрогенератори, то мають на увазі порівняно малопотужні мобільні агрегати, які використовуються як резервне (аварійне) джерело живлення.

Принцип роботи електрогенераторів ґрунтується на явищі електромагнітної індукції, що проявляється у наступному. При обертанні замкнутого провідника в магнітному полі, у ньому виникає електричний струм (електрорушійна сила – ЕРС). Величина ЕРС залежить від довжини провідника, щільності магнітного поля, швидкості його перетину та кута, під яким перетинаються магнітні силові лінії.

Влаштування бензинових та дизельних електрогенераторів

У загальному вигляді електрогенератор складається з двигуна внутрішнього згоряння з усіма системами, що забезпечують його роботу (паливним баком, повітряним фільтром, стартером, глушником тощо) і безпосередньо самого генератора (альтернатора), що складається з рухомої частини (ротора, якоря) і нерухомої ( статора). У генераторі ЕРС збуджується не в провідниках, що обертаються в нерухомому магнітному полі, як на малюнку вище, а навпаки - в нерухомих провідниках (в обмотці статора) за рахунок обертання магнітного поля створюваного ротором.

Для створення магнітного поля ротор може бути зроблений з постійних магнітів (асинхронні генератори) або мати обмотку, яку подається струм для створення магнітного поля (синхронні генератори). А змінюючи кількість полюсів у ротора можна отримати необхідну частоту напруги (50 Гц) при різних оборотах двигуна. Наприклад, щоб отримати частоту напруги 50 Гц у схемі зображеної вище, ротор повинен обертатися зі швидкістю 3000 об/хв, а схемою зображеної нижче - 1500 об/хв.

Схема трифазного генератора не набагато складніша:

Таким чином, при обертанні ротора двигуном внутрішнього згоряння, в обмотках статора індукується електрорушійна сила, що створює в них змінну напругу, що використовується для живлення того чи іншого приладу - споживача енергії.

На малюнку нижче представлений компактний бензиновий генератор потужністю 2,75 кВА.

Бензиновий генератор потужністю 2,75 кВА: 1 – рама, 2 – двигун, 3 – генератор, 4 – повітряний фільтр, 5 – бензобак, 6 – глушник, 7 – панель з розетками.

Трифазні та однофазні

За кількістю фаз та величиною вихідної напруги електрогенератори можуть бути однофазними (220В) та трифазними (380В). При цьому потрібно розуміти, що від трифазного генератора можна живити і однофазні енергоспоживачі - увімкнувшись між фазою та нулем.

Використовуючи трифазний електрогенератор, слід брати до уваги таке явище, як перекіс фаз. Необхідно дотримуватися приблизної рівності (що відрізняється не більше ніж на 20-25%) суми потужностей приладів, підключених до різних фаз, при цьому необхідно, щоб навантаження на одну фазу не перевищувала 1/3 потужності генератора.

Крім трифазних генераторів на 380В, існують і трифазні на 220В. Вони використовуються лише для освітлення. Включившись між фазою та нулем можна отримати напругу 127В.

Багато моделей генераторів можуть видавати напругу 12В.

Синхронні та асинхронні

За конструктивним виконанням генератори (альтернатори) бувають асинхронними та синхронними. У асинхронних якір не має обмоток, для збудження ЕРС використовується лише його залишкова намагніченість.

Це дозволяє забезпечити конструктивну простоту та надійність пристрою, закритість його корпусу та захищеність від пилу та вологи. Однак досягається це ціною поганої здатності переносити пускові навантаження, що виникають при запуску обладнання з реактивною потужністю, до яких належать електродвигуни. Тому асинхронні пристрої найкраще використовуватиме роботи з активним навантаженням.

Синхронний генератор має обмотки на якорі, куди подається електричний струм.

Змінюючи його величину, змінюють магнітне поле та, відповідно, вихідну напругу на статорних обмотках. Регулювання вихідних параметрів здійснюється за допомогою зворотного зв'язку з напруги та струму, реалізованого у вигляді простої електросхеми. Завдяки цьому синхронний генератор забезпечує підтримку напруги в мережі з більшою точністю, ніж асинхронний і легко переносить короткочасні пускові навантаження.

До недоліків синхронних генераторів відноситься наявність щіткового вузла на роторі, через який на нього подається струм. Щітки в процесі експлуатації перегріваються і вигоряють, погіршується їхнє прилягання, підвищується опір, що призводить до подальшого перегріву вузла. Крім цього, іскріння рухомого контакту створює радіоперешкоди.

Сучасні моделі синхронних генераторів оснащені безщітковими системами збудження на роторній обмотці. Вони не мають недоліків, пов'язаних із наявністю щіткового вузла.

Синхронні альтернатори встановлюють на більшості генераторів.

Інверторні генератори

Принцип роботи інверторного бензогенератора ось у чому. Змінний струм, що виходить з генератора (альтернатора), надходить на випрямний блок (крок 1, рис. нижче), де перетворюється на постійний (крок 2). Після згладжування пульсацій (фільтрації) ємнісними фільтрами (крок 3) сигнал надходить на транзисторний або тиристорний перетворюючий блок, де відбувається зворотне перетворення постійного струму в змінний (крок 4).

Тільки ось, одержання навіть задовільної синусоїди на виході - це справа не дешева, виробники інверторних генераторів, заощаджуючи на дорогих компонентах, створюють на виході своїх генераторів, щось лише віддалено нагадує синусоїду, і чим генератор дешевша тим менше форма напруги на виході буде схожа на синусоїду.

Форма напруги зображена блакитним кольором - це виняток, а повсюдна реальність. До інверторного генератора з такою напругою не тільки комп'ютер не можна підключати, а й лампочки. Перед покупкою необхідно обов'язково з'ясувати, наскільки форма напруги на виході близька до синусоїди, т.к. навіть дорожнеча і популярність фірми є гарантією, що виробник не заощадив на деталях.

Висока якість форми напруги на виході досягається не тільки інвертором, але і використанням трифазного генератора замість однофазного, так як при цьому вже відразу після випрямляча (крок 2) виходить набагато рівніший сигнал.

Використання правильнихбензогенераторів інверторного типу сприяє безпеці та тривалій службі всієї електроніки, що вимагає якісної напруги. Крім цього ці типи бензогенераторів мають невелику вагу, невеликі габарити, знижений рівень шуму. На додачу до всіх переваг, бензогенератори інвертори дозволяють здійснювати регулювання швидкості обертання двигуна в залежності від навантаження, що дає можливість економити паливо.

Адже більшість побутових генераторів мінімум 70% часу працюють із мінімальним навантаженням. Звичайні бензинові генератори повинні у будь-якому режимі роботи підтримувати 3000 об/хв (щоб частота струму була 50 Гц). У режимі мінімального навантаження вони хоч і споживають менше палива, але трохи. Інверторний генератор позбавлений цього обмеження і при мінімальному навантаженні може скидати оберти до 1000-1200 об/хв. За рахунок цього споживаючи в цьому режимі в 2-3 рази менше палива, ніж звичайний генератор. А завдяки меншій швидкості обертання двигуна, генератор менше шумить.

Мінусами інверторних генераторів у порівнянні із звичайними є:

• Висока вартість. Якщо ціна інверторного бензогенератора ненабагато більша за звичайний, то швидше за все синусоїди напруги на виході немає.
• Відсутність (за рідкісним винятком) моделей з потужністю понад 7 кВт.
• Найменша надійність. Як відомо з ускладненням обладнання, знижується його надійність. Плюс електроніка інверторного генератора може не витримати пускових струмів від двигунів устаткування, що підключається, наприклад насоса.

Бензинові електрогенератори

У бензинових генераторах як привод використовуються бензинові двигуни. Бензинові генератори – це зазвичай відносно легкі, компактні, портативні моделі з повітряною системою охолодження, що мають відносно невелику потужність (до 10 кВт).

Працюють вони на паливі А-92 або А-95 і використовуються переважно як резервне джерело живлення при тимчасовому відключенні електроенергії або для живлення електроінструменту в місцях відсутності електромережі.

Ресурс бензинових електрогенераторів відносно невеликий - 500-2500 мотогодин (найменший ресурс у генераторів з двотактним двигуном). Однак деякі моделі, в яких встановлені чотиритактні двигуни з чавунними циліндрами, верхнім розташуванням клапанів і подачею масла до деталей, що труться, під тиском можуть досягати ресурсу в 4000 і більше мотогодин.

Двотактні та чотиритактні. Двигуни бензогенераторів можуть бути двотактними та чотиритактними. Їхня відмінність зумовлена ​​загальними конструктивними особливостями 2-х і 4-тактних двигунів - тобто. перевагами других по відношенню до перших щодо економічності та терміну служби.

Електрогенератори з двотактними двигунами володіють меншими розмірами і вагою, їх використовують тільки як резервні джерела живлення - через їх невисокий ресурс, що становить близько 500 годин.

Бензогенератори з 4-тактними двигунами призначені для більш активного використання. Залежно від конструкції їх термін служби може досягати 4000 і більше мотогодин.

Пристрій чотиритактного бензинового двигуна (Honda) з верхнім розташуванням клапанів: 1 – паливні фільтри, 2 – колінчастий вал, 3 – повітряний фільтр, 4 – частина системи запалення, 5 – циліндр, 6 – клапан, 7 – підшипник колінчастого валу.

Конструктивні особливості. До особливостей конструкції двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) бензинового генератора, що впливає на його ресурс, відноситься марка матеріалу, з якого виготовлений блок циліндрів, розташування клапанів, режим подачі масла до деталей, що труться.

Генератори з алюмінієвим блоком циліндрів коштують недорого, однак і їхній ресурс невеликий - близько 500 годин. Двигуни з чавунними циліндрами та бічним розташуванням клапанів мають ресурс близько 1500 годин. Генератори з ДВС, що мають чавунні циліндри, верхнє розташування клапанів і подачу масла до деталей, що труться під тиском, крім великого ресурсу (близько 3000 годин) мають знижену витрату палива і низький рівень шуму. Однак і коштують вони значно дорожче за перші варіанти.

Перевага верхньоклапанного компонування обумовлена ​​тим, що вона дозволяє зменшити площу поверхні камери згоряння і, відповідно, нагрівання деталей двигуна. Крім цього, збільшується ступінь стиснення, що призводить до підвищення ефективності двигуна. Верхнє розташування клапанів позначається абревіатурою OHV (overhead-valve, див. фото вище).

Бензинові генератори можуть бути одноциліндровими або двоциліндровими. Генератори з чотиритактним V-подібним двоциліндровим двигуном відносяться до потужних агрегатів.

Переваги та недоліки бензинових електрогенераторів. Крім відносної легкості та компактності, до переваг бензогенераторів відноситься дешевизна, менший рівень шуму (ніж у дизельних), здатність без проблем працювати на морозі.

Найменший рівень шуму (електрогенератор із двотактним бензиновим двигуном значно шумніший, ніж із чотиритактним) пояснюється загальними особливостями роботи бензинового двигуна внутрішнього згоряння. Однак бензогенератор все одно сильно шумить і тихим його може зробити кожух зі звукоізоляцією.

Але головною перевагою бензинових генераторів у порівнянні з дизельними є менша ціна.

До недоліків відносять відносно невисокий ресурс та підвищену витрату бензину (порівняно з дизпаливом у дизельних генераторів).

Що стосується ресурсу, то його можна продовжити своєчасним та якісним техобслуговуванням та використанням якісного палива. Необхідно своєчасно міняти масло, фільтри, свічки, контролювати затяжку болтових з'єднань і т.д.

Дизельні генератори

У дизельному генераторі як привод використовується дизельний двигун. Дизель-генератори використовуються переважно при тривалих відключеннях електроенергії. Саме в цих випадках вони максимально реалізують свої переваги. Однак при необхідності їх можна використовувати і як резерв при короткочасних вимкненнях.

Дизельні генератори мають потужність широкого діапазону – від 2 до 200 кВт та більше.

Вражаючим є і ресурс їхньої роботи. Він залежить від конструкції та параметрів генератора (в основному від числа оборотів і типу охолодження) і може змінюватись у великому діапазоні - від 3000 до 30000 і більше мотогодин.

При експлуатації дизельного генератора важливо знати, що робота на малих навантаженнях або холостому ході шкідлива дизельних двигунів. Так, в інструкції з експлуатації може зустрітися вимога не працювати на холостому ході більше 5 хв, а з навантаженням 20% працювати не більше 1 години (цифри можуть бути іншими, наприклад, 40%). При цьому генератор запускається на холостому ходу. Є рекомендації у вигляді профілактичного заходу кожні 100 годин роботи здійснювати стовідсоткове завантаження, тривалістю близько 2-х годин. Так як займання палива в дизельному двигуні відбувається за рахунок високої температури в кінці такту стиснення повітря і подачі палива в потрібний момент, а на холостому ході знижується середня температура циклу, це призводить до порушення процесу сумішоутворення, згоряння в циліндрі та неповного згоряння палива. Що, у свою чергу, призводить до утворення стійких відкладень у циліндрі, вихлопному колекторі, закоксовування форсунки, розрідження масла в картері двигуна незгорілим паливом і порушення роботи системи змащення.

Число обертів. За кількістю оборотів дизельні генератори поділяються на низькооборотні (1500 об/хв) та високооборотні (3000 об/хв). Перші мають більш високі експлуатаційні переваги. Мають низькі витрати палива та рівень шуму, високий ресурс. Використовуються зазвичай як постійне джерело електроенергії за відсутності такої. До їхніх недоліків відносять високу ціну.

Генератори з високооборотними двигунами мають більшу витрату палива порівняно з низькооборотними, підвищений рівень шуму та менший ресурс. Основною їх перевагою є низька ціна.

Знижений ресурс високооборотних генераторів пояснюється просто. Інтенсивність зносу залежить від кількості оборотів валу, що вона вище, тим вищий знос.

Охолодження. Охолодження двигуна дизельних електрогенераторів може бути повітряним або рідинним. Пристрої з повітряним охолодженням – це в основному генератори малої (до 10 кВт) потужності з числом оборотів 3000. Дизельні генератори з рідинним охолодженням (вода або тосол) – це великі стаціонарні моделі. За своєю суттю це електростанції, зазвичай вони є низькооборотними (1500 об/хв), проте бувають і високооборотними (3000 об/хв).

Дизельний генератор (15 кВт) із рідинним охолодженням. Рідина охолоджувальна двигун охолоджується в радіаторі, що обдувається вентилятором

Переваги та недоліки дизельних генераторів. Серед основних переваг дизельних генераторів - висока потужність, стабільні параметри електроенергії, низька витрата дизельного палива (значно нижча, ніж витрата бензину у бензогенераторів) і високий експлуатаційний ресурс. Варто відзначити і малу пожежну небезпеку, обумовлену типом палива. Саме ці переваги роблять їх найбільш підходящими для постійної експлуатації за умов відсутності електромереж.

Серед недоліків - висока вартість у порівнянні з бензиновими генераторами, велика маса, високий рівень шуму, важчий ручний старт, неможливість завести в мороз без попереднього нагріву, неприпустимість роботи з навантаженням менше 20-40%, відносно складний та дорогий ремонт. Хоча, що стосується останнього, цей недолік цілком може компенсуватися надійністю і довговічністю дизель-генераторів. А високий рівень шуму має місце головним чином під час роботи на неодружених оборотах. Працюючи під навантаженням цей недолік проявляється значно меншою мірою.

Поєднання недоліків і переваг дизельних двигунів визначають сферу їх застосування - тобто. високу доцільність використання як постійних джерел напруги і набагато меншу - як резервні при короткочасних відключеннях електроенергії.

Якщо дизель-генератор експлуатується тривалий час як основне джерело електроенергії, то зрештою завдяки економії палива він здатний заощадити кошти його власнику, - незважаючи на більш високу ціну.

Так що дизельний генератор для дачі, як правило, це не варіант. Так як найчастіше генератор для дачі купується як резервне джерело електроенергії і невеликий потужності, а дизельні генератори найбільш ефективні як постійні та/або потужні джерела енергії.

Газові генератори

За принципом дії та зовні (у них може бути і бензобак) газові генератори не відрізняються від бензинових. Різниця лише в тому, що як паливо для двигуна внутрішнього згоряння використовується газ.

Існує кілька різновидів газових генераторів: працюючі на зрідженому газі (суміші пропану та бутану, позначаються абревіатурою LPG - Liquefied Petroleum Gas), на метані (на мережному газі, NG - Natural Gas), зрідженому та мережному газі (LPG/NG), універсал бензогенератори спочатку пристосовані працювати на зрідженому газі та бензині.

Переваги та недоліки газових генераторів. Газові електрогенератори мають деякі переваги перед бензиновими та дизельними.

Ресурс роботи електрогенератора газу вище, ніж бензинового. Це пов'язано з тим, що при згорянні газу утворюється менше речовин, що викликають зношування деталей двигуна, і не відбувається змивання плівки масла з робочих поверхонь циліндрів і поршнів при запуску двигуна.

Робота газових електрогенераторів легко піддається автоматизації – через особливості палива. У разі підключення генераторів до газової мережі зникає необхідність його поповнення.

До недоліків можна віднести потенційну вибухонебезпечність газу та необхідність використовувати балони (або мати підведений мережевий газ).

При використанні змісту даного сайту потрібно ставити активні посилання на цей сайт, видимі користувачами та пошуковими роботами.