Генератор постійного струму: принцип роботи, популярні моделі
Всі генератори постійного струму (DC generator) є електротехнічними агрегатами, здатними продукувати на виході напругу без частотних коливань, тобто, з постійною величиною. Подібне обладнання в сучасному виконанні має досить складний пристрій, але при цьому всі моделі не відрізняються одна від одної за принциповим способом отримання постійного струму зовнішніх ланцюгів.
Принцип роботи генераторів постійного струму
В електродвигуні є нерухомий статор і ротор або якір, що обертається в ньому. Але при цьому навколо якоря є два полюси - північ і південь (N і S), що є постійним магнітом, а між ними відбувається це обертання. На кінці ротора розташовані два мідні півкільця, ізольовані один від одного, до яких приєднані кінці обмотки – це називається колектором. До цих півкільців притискаються графітові щітки, через які якір з'єднується із зовнішнім електричним ланцюгом.
При обертанні ротора в статорі безперервно змінюється магнітний потік, який називається ЕРС або електрорушійною силою (electromotive force), яка залежить від довжини магнітного потоку та частоти обертання. Так як магнітні полюси постійно змінюються, то тут на виході одержують змінний струм. Генератор постійного струму вирівнює потік наступним чином: у момент зміни струму в статорі одночасно відбувається зміна колекторних пластин під щітками та їх полярність не змінюється (залишається колишньої), отже, струм у зовнішньому електричному ланцюзі буде постійним. Це і є принцип дії генератора постійного струму, хоча в сучасних потужних пристроях все виглядає набагато складніше – там є додаткові прилади (котушки) для вирівнювання потоку, проте принцип завжди залишається незмінним.
На верхньому зображенні показана схема постійного генератора струму з незалежним включенням (ndependent inclusion), який може працювати або послідовно, або з паралельним збудженням. Крім того, генератори можуть бути з самозбудженням (self-excited), які працюють або від постійних магнітів або від зовнішнього джерела типу вітряка або акумулятора (електромагніти). Саме ці характеристики генератора постійного струму визначають його вибір при покупці, та й, звичайно ж, вартість тієї чи іншої моделі.
Електрорушійна сила генератора
У розділі «Принцип роботи генераторів постійного струму» ви бачили схеми роботи генератора постійного струму, а тепер поговоримо про ЕРС або електрорушійну силу (electromotive force), яка є основою даного пристрою, і розберемо її в дії. Уявіть собі, що магнітне поле (magnetic field) має магнітний потік (magnetic flux), що дорівнює величині Ф, при цьому якір обертається з постійною швидкістю n об/хв. У генераторі на поверхні якоря є додаткові провідники, що перетинають magnetic flux при обертанні та їх кількість дорівнює z.
Отже, пристрій генератора постійного струму в сучасному виконанні передбачає додаткові провідники у вигляді котушок, від яких безпосередньо залежить індуктована ЕРС. При цьому повну потужність такого пристрою можна визначити за формулою P = EIa. Тут значення Ia позначає величину повного струму на обмотці якоря і якщо ЕРС постійна, то повна електрична потужність завжди буде пропорційна EIa. Ця потужність може бути більшою або меншою залежно від швидкості обертів ротора та кількості його полюсів.
Крім того, є корисна потужність (net power) P1, що вимірюється у ватах, яка надходить на зовнішній ланцюг, і вона дорівнює P1 = UI, де літера U має на увазі напругу у вольтах, а літера I - ампераж (в амперах). Для того щоб визначити промисловий ККД (позначається як ɳm), що виробляється альтернаторами постійного струму потрібно визначити відношення повної потужності до корисної за формулою ɳm P1/P - так ви дізнаєтеся промисловий коефіцієнт.
Трохи про будову генератора
Будь-яка конструкція генераторів постійного струму має на увазі наявність статора та ротора (якоря). Ротори роблять на заводах електрообладнання, і вони є стрижні (вали) з металевими (сталевими) пластинами, де є поглиблення для обмоток, причому кінці обмоток в обов'язковому порядку комутуватимуть з мідним колектором. Колектор є набір мідних пластин, які ізольовані один від одного діелектриками. Вся ця збірка загалом називається якорем.
Статор в електродвигуні генераторів постійного струму, крім свого прямого призначення, виконує роль корпусу, а його поверхні зсередини фіксуються постійні або електричні магніти, де найбільш популярний другий варіант. Сердечники таких магнітів набираються зі сталевих пластин або вони можуть бути відлиті разом зі статором. На корпусі статора обов'язково повинні бути отвори, куди вставляються струмознімальні щітки.
Корисне відео
Де використовуються генератори постійного струму
У XIX столітті, яке за сумісництвом є зорею періоду електрифікації, генератори, що виробляють постійний струм, були єдиним промисловим джерелом вироблення електроенергії. Також існували й хімічні альтернативи, але вони обходилися дуже дорого, втім, їхня вартість залишається високою і по сьогоднішній день – просто подивіться на ціну звичайних батарейок. Як би там не було, але на той момент були відсутні джерела змінного струму і тільки з подачі Ніколо Тесла та інших вчених в електроустаткуванні почали з'являтися трансформатори та асинхронні двигуни, а також з'явилося трифазне енергопостачання – це поступово витіснило постійний струм.
У XX столітті і на сьогоднішній день генератори, що виробляють постійний струм, потрібні у транспорті – у промисловій та обслуговуючій сфері:
- міський транспорт – трамваї та тролейбуси;
- залізничний транспорт – тепловози різних моделей;
- автомобільний транспорт – зараз генератори старого зразка замінили трифазними генераторами із вбудованими перетворювачами.
Крім основних об'єктів споживання постійного струму, існують також електротехнічне обладнання, де використовується така напруга. Наприклад, невеликі зварювальні апарати, у яких автономна система живлення, а також різні помпи та насоси з потужними пусковими двигунами. При виборі (купівлі) такої техніки потрібно конкретно з'ясувати, з якими саме цілями справлятиметься той чи інший агрегат і тільки тоді може бути розглянута характеристика генератора постійного струму, необхідного для даного обладнання.
Примітка: для придбання генератора, що виробляє постійний струм, можна відвідати магазини з широким асортиментом електротоварів, торгові центри, а також комерційні майданчики в Інтернеті (інтернет-магазин).
Популярні інверторні генератори
Крім класифікації генераторів постійного струму покупців, як правило, цікавить популярність тієї чи іншої моделі, а також її технічні характеристики, реальна відповідність цим параметрам та можливість сервісного обслуговування. Ще потенційні покупці цікавляться, чи були претензії до якості тієї чи іншої моделі, як виконувались гарантійні зобов'язання виробником і, звичайно, вартість агрегату.
Weekender X3500ie
Модель генератора з карбюраторним двигуном Weekender X3500ie зі США належить до інверторів, які зазвичай знаходяться на перших позиціях у рейтингу популярності і такі агрегати купують найчастіше. Незважаючи на те, що двигун виготовлений по прототипу Honda, і це не що інше, як копія, його можна віднести до лінійки найбільш економічних моторів, що працюють на бензині - витрата палива становить всього 250 мл на 1 кВт-годину електроенергії для зовнішнього ланцюга. У цілому нині номінальна потужність інверторного генератора становить 3,0 кВт, а максимальна – 3,5 кВт за витрати бензину 0,65 л/год. Така модель підходить для заміських будинків, щоб забезпечити роботу газового казана з циркуляційним насосом, а також побутової техніки.
Переваги Weekender X3500ie:
- пуск двигуна генератора може здійснюватися або брелоком, або електростартом;
- потужності агрегату достатньо приватного будинку середньої величини;
- наявність лічильника мотогодин нагадає про час проходження чергового сервісу;
- у разі виходу агрегату з ладу необхідні деталі завжди можна знайти в магазинах.
Недоліки Weekender X3500ie:
- потреба вчасної підзарядки батареї;
- при незначному недоливі олії реагує датчик контролю рівня, і двигун не запускається;
- обмежена кількість сервісних центрів.
Weekender GS950I
Інверторний бензиновий генератор Weekender GS950I є портативною валізкою, яку можна брати з собою в турпохід, на полювання або на рибалку. Така модель здатна виробляти від 0,5 до 1,0 кВт за споживання пального 0,36 л на 1 кВт-год. Враховуючи обсяг паливного бака, куди міститься 2,1 л, двигун може безперебійно працювати від 4-х до 12 годин. Безумовно, даний агрегат відноситься до розряду малопотужних, але його ресурсу, достатньо для виїзду на природу, де може виникнути потреба у освітленні або підключенні побутових електроприладів на ≈220 V. також є можливість використання Weekender GS950I як резервне харчування для невеликого магазину або офісу роботи оргтехніки та освітлення. Запуск двигуна Subaru-Type на 1,35 л. на такій моделі здійснюється за допомогою троса, і проблем при цьому ніколи не виникає.
Переваги Weekender GS950:
- модель стабільно забезпечує ≈220 V без виникнення стрибків або просадок напруги;
- робота двигуна досить тиха, не більше 56 дБ, є ефективна система охолодження;
- економія бензину при неповному завантаженні інвертора;
- компактні та стильні параметри.
Недоліки Weekender GS950:
- немає датчика мотогодин;
- невелика вихідна потужність.
Konner&Sohnen KS 2100i НОВИЙ
Для невеликого заміського будинку можна придбати інверторний генератор, що працює на бензині, Konner&Sohnen KS 2100i NEW, у якого номінальна вихідна потужність становить 1,6 кВт, максимальна – 1,8 кВт. У агрегату місткий паливний бак на 5,5 л, а заправляють його маркою АІ-92. Враховуючи той факт, що струм після інвертора має правильну синусоїду, пристрій можна використовувати для газових котлів з електронним пультом керування, циркуляційних насосів, холодильників, кондиціонерів та іншої побутової техніки. Рівень шуму двигуна становить 68 дБ, так що його можна розміщувати в гаражі або в сараї, і він не буде особливо заважати вашому проведенню часу.
Переваги Konner&Sohnen KS 2100i NEW:
- інвертор видає струм із чистою (правильною) синусоїдою;
- у агрегату зручна панель керування;
- двигун встановлений на міцній сталевій рамі;
- легкий ручний запуск пристрою.
Недоліки Konner&Sohnen KS 2100i NEW:
- скарг та нарікань не надходило.
Konner&Sohnen KS 2000iS НОВИНКА
Німецький інверторний генератор Konner&Sohnen KS 2000iS NEW з 4-тактним карбюраторним двигуном працює на бензині марки АІ-92 та видає номінальну потужність 1,8 кВт, а максимальну – 2,0 кВт. Заповнений паливний бак місткістю 4 літри дозволяє на кілька годин забезпечити безперебійну роботу побутової техніки, причому не лише освітлення, а й складних приладів, де не обійтися без правильної синусоїди, яку має видавати інвертор. Маса генератора 18 кг, що дозволяє вручну переносити його з місця на місце, і це важливий фактор для експлуатації приладу.
Переваги Konner&Sohnen KS 2000iS NEW:
- німецька якість електродвигуна;
- спрощений запуск;
- система ЕКЗ дозволяє економити бензин;
- звукоізоляційний кожух знижує шум до 64 дБ.
Недоліки Konner&Sohnen KS 2000iS NEW:
Корисне відео
Висновок
Коли ви розумієте, як працює генератор постійного струму, вам простіше буде зробити усвідомлений вибір при покупці інвертора для свого заміського будинку, власного магазину або офісу. Можливо, ви підберете установку, про яку не було мови в розділі «Популярні інверторні генератори», але це не так важливо. Головне, щоб якість альтернатора відповідала ціні, яку ви віддали при покупці.
