Какая разница между электростанцией и генератором напряжения? В общем случае, никакой – это два разных названия устройства по преобразованию механической энергии вращения двигателя в электрическую. Еще данные устройства называют электроагрегатами.

Данная статья не является сугубо технической, хотя некоторые разъяснения общих принципов устройства и действия в ней приводятся. Основное назначение данной статьи – научить неспециалиста подбирать электростанции в соответствие с ожиданиями потребителя и избежать типичных ошибок.

Общие сведения об устройстве. Традиционные и инверторные генераторы.

Еще два столетия назад ученые обнаружили, что если в магнитное поле внести какой-то токопроводящий материал (т.е. проводник, например, кусок металлической проволоки), то в нем появляется электрический ток. Что характерно, ток появляется только в момент перемещения проводника в поле – при пересечении так называемых силовых линий поля. Если же проводник держать в поле без движения, то тока не будет.

Чтобы «поручить» перемещение проводника в магнитном поле двигателю, проволоку нужно будет выгнуть, например, в виде рамки, - иначе вращение не даст перемещения проволоки в пространстве магнитного поля.

Нетрудно понять, что вращательное движение рамки в поле обеспечит синусоидальный ток, т.к. при вращении рамки будут положения, когда она будет пересекать максимальное количество силовых линий (положение, перпендикулярное силовым линиям поля), а будут и такие положения, когда рамка не буде пересекать ни одной силовой линии (положение, параллельное силовым линиям).

За один оборот двигателя  вырабатываемое рамкой напряжение проделает следующий цикл: от нуля (положение рамки параллельно силовым линиям) оно поднимется до максимального значения со знаком «+» (220В – положение рамки перпендикулярно силовым линиям), опустится снова до нуля (опять рамка параллельна линиям!), затем достигнет снова максимума, но уже с обратной полярностью (-220В – рамка перпендикулярна линиям) и, наконец, снова вернется в «0» - рамка снова параллельна линиям). С точки зрения переменного напряжения такой цикл составляет 1 Герц (Гц).

Нам нужно, чтобы наше напряжение имело частоту 50Гц. Т.е. нам нужно, чтобы рамка вращалась со скоростью 50 оборотов в секунду. А, значит, и двигатель тоже. Легко посчитать, что нам потребуется двигатель со скоростью вращения 3000 оборотов в минуту (50 обор/сек Х 60 сек).

Теперь осталось только сделать проволоку в виде витков в достаточном количестве,  подсоединить к концам рамки некое устройство, которое будет контролировать и регулировать уровень напряжения на постоянном уровне около 220В, и токосъемники, которые соединят рамку с розеткой. Генератор готов! 

Традиционный генератор на самом деле устроен очень похоже. Ну, разве что ротор выполняет роль, как раз вращающегося магнитного поля, а «рамка» в генераторе статична – это статор.

Последнее слово техники – генератор инверторный.

Если бы можно было вращать ротор со скоростью больше, чем 3000 об/мин, то и количество вырабатываемого в единицу времени электричества было бы выше. Т.е. мощность этого же генератора была бы больше. Так оно и есть. В некоторых странах напряжение имеет частоту 60Гц. Для этих стран делают такие же генераторы, как и для России. Только скорость вращения двигателя – 3600 об./мин вместо 3000. И мощность таких генераторов пропорционально выше. Например, максимальная мощность бензогенератора GENCTAB GSG-6500CLEH – 5500Вт, а его 60-герцевого аналога для Канады – 6500Вт. (Отсюда и цифры в названиях генераторов «ГЕНСТАБ» и некоторых других марок).

Но из-за ограничения по частоте напряжения, единственный путь увеличения мощности обычного генератора – увеличение массы обмоток статора. А, следовательно, и использование более мощного двигателя с той же частотой 3000 оборотов в минуту

А можно сделать так, чтобы частота вырабатываемого напряжения не зависела от частоты оборотов двигателя? Можно. Если вырабатываемый генератором сигнал сначала «распрямить» в постоянный ток, а затем с помощью отдельного устройства инвертировать обратно в 220В и 50Гц. Эту технологию используют инверторные генераторы. Они могут вращать «рамку» со скоростью до 5500 об/мин и более, вырабатывая прямой ток. После чего напряжение прямого тока преобразуется в синусоидальное, т.е. переменное.

Такая технология делает инверторные генераторы более компактными, чем традиционные аналоги той же мощности. Во-первых, можно использовать двигатель меньшего объема, но большей оборотистости (именно по этой причине движок инверторного генератора завести заметно сложнее, чем двигатель обычной электростанции). Во-вторых, сама конструкция альтернатора (т.е. ротора и статора в сборе) получается несравнимо более компактной – большую ее часть занимает плата собственно инвертора.

Кроме того, инверторный генератор экономичнее обычного «собрата» - ведь при низкой нагрузке он может работать на минимальных оборотах, экономя расход топлива. В то время как обычный генератор из-за частоты должен поддерживать частоту оборотов постоянной.

Еще из преимуществ инверторного генератора – стабильность формы напряжения. Ведь теперь колебания в скорости вращения двигателя на частоту практически не влияют. Поэтому, например, инверторный генератор лучше подходит для питания аудио и видео-аппаратуры, компьютерной техники.

Основная электрическая характеристика генератора - мощность

Электростанции делятся на трехфазные (380-400 Вольт) и однофазные (220-230 Вольт). Здесь и далее мы будем рассматривать только станции на 220В, т.к. станции на 380В используются, в основном, для профессиональных нужд.

Мощность - самая главная характеристика электростанции. Указывает, предел суммарной электрической мощности приборов, которые может одновременно питать генератор. Мощность делится на рабочую, иначе еще называемую номинальной, и максимальную, иначе еще называемую предельной. Рабочая мощность указывает, какую мощность генератор может выдавать в течение длительного времени (часов). Максимальная мощность – предел на краткий период времени (минут или даже секунд), например, во время запуска потребителей. Мощность измеряется в кило-Ваттах, либо кило-Вольт-Амперах. Для самого однофазного генератора эти показатели равны, но не для подключаемых к генератору приборов. Об этом речь пойдет позже.

Чем мощнее генератор, тем он больше. А значит, и дороже.

Понятия «Качества» в отношении электростанции – что это такое?

Продавцы в магазине часто слышат просьбу покупателя посоветовать «недорогое, но качественное».

Цена очевидна для всех. А что такое «качество»?

Под качеством традиционного генератора, равно как и любого другого инструмента, подразумевается три параметра:

1)      Ресурс. Чаще всего это средняя наработка на отказ.

2)       Средний процент брака производителя.

3)      Качество вырабатываемого продукта. В данном случае – напряжения.

Ресурс генератора в теории определяется главным образом его двигателем. При прочих равных, движок от всемирно известного производителя прослужит дольше, чем его аналог от «обычного» китайского завода (хотя в Китае сделаны и тот, и другой, или, по крайней мере, комплектующие для обоих).

Так одноцилиндровый четырехтактный движок HONDA может «протянуть» до 3-4 тысяч рабочих часов без капремонта. Его малоизвестный аналог – в лучшем случае, половину от этого.

Но на практике двигатели генераторов – как аквариумные рыбки – редко умирают от старости. Так как абсолютное большинство бытовых пользователей строго инструкциям по эксплуатации не следуют.

Кроме того, большинству бытовых пользователей такой ресурс просто не нужен. Недавно я с удивлением обнаружил, что пользуюсь дрелью в среднем один раз в год (!). Полагаю, в таком режиме моя дрель за 800 руб рискует меня пережить.

И последнее, но не менее важное для определения «качества». Лучше иметь «низкокачественный» генератор, но хорошую сервисную поддержку, чем профессиональный суперагрегат, не обеспеченный сервисным центром в зоне досягаемости. Потому как рано или поздно сервисный центр (и запчасти) Вам понадобится обязательно!

Последнее определяет и отношение к браку производителя. Если компания – серьезный поставщик, имеющий развитую сервисную сеть, количество предпродажного брака влияет на понятие «качества» куда меньше, чем если сервиса нет.

У меня вот импортный автомобиль. И что, не ломается? За 2 гарантийных года и всего 25 тысяч пробега – две поломки. Многовато для современного «западного» автомобиля, пусть даже недорогого. Но с учетом оперативного ремонта по гарантии степень моего разочарования не столь велика. 

Что касается качества вырабатываемого напряжения, то в ситуации минимальных конструкционных отличий, для традиционных генераторов они минимальны. Все более-менее крупные марки поставляют генераторы с параметрами напряжения, соответствующими ГОСТ, т.е. все являются в этом плане достаточно «качественными».

А вот у инверторных генераторов понятие качества вырабатываемого напряжения имеет вполне четкую шкалу измерения.  Дело в том, синусоида у таких генераторов симулируется. У обычного генератора по мере изменения положения рамки относительно линий магнитного поля вырабатываемое напряжение плавно растет или падает. Инверторный генератор вместо плавного непрерывного напряжения выдает импульсное напряжение, соответственно, в нарастающей или убывающей последовательности. Чем больше импульсов в единицу времени, тем больше напряжение инверторного генератора напоминает синусоиду. И тем дороже инверторный генератор.

Подбор генератора для различных видов оборудования. Совместимость.

Ранее мы упомянули мощность генератора – его важнейшую характеристику. Именно она влияет на подбор генератора под конкретные задачи.

Как определить, какой мощности нужен генератор?

Посчитайте, какие приборы ОДНОВРЕМЕННО будет питать ваш генератор.

Большинство бытовых приборов имеет на задней или боковой стороне табличку, в которой указаны характеристики потребления. Эти же данные обычно приводятся в техпаспорте к любому электроприбору.

Мощность для приборов указывается либо в Вольт-Амперах (ВА), либо в Ваттах (Вт).

В последнем случае обычно приводят еще один параметр – cosψ («косинус фи»).

Для приборов, полностью преобразующих потребляемую электроэнергию в тепло (чайники, кипятильники, конвекторы и пр.) или световое излучение (лампы накаливания) cosψ=1. Т.е. показатель мощности в ВА и Вт имеет одно и то же значение.

Вообще же формула выглядит так:

ВА=Вт/ cosψ

Для приборов, имеющих в своем составе электрический двигатель, показатель cosψ лежит в пределах от 0,7 до 0,9.

Правильнее рассчитывать мощность потребления прибора в ВА, а не Вт.

Теперь, когда Вы рассчитали в ВА суммарную мощность приборов, которые планируете подключать к генератору, сравните ее с рабочей мощностью приглянувшегося генератора. Рабочая мощность генератора меньше полученной суммы? Генератор не годится.

Рабочая мощность генератора больше полученной суммы? Хорошо, но это еще не все.

Стартовые токи. Помимо косинуса угла сдвига по фазе (именно так заумно называется cosψ), у приборов с электродвигателями есть понятие стартового тока. Т.е. в момент запуска прибор с электродвигателем может требовать мощность кратно более высокую, чем для последующей штатной работы.

Для большинства электродвигателей этот показатель – 3. Для компрессоров и поршневых кондиционеров – 5. А для погружных насосов – до 10 раз.

Поэтому очень важно, собираетесь ли Вы подключать приборы к генератору поочередно или все сразу (например, если ваш генератор подключен как источник резервного питания дома).

Если все приборы будут запускаться сразу, посчитайте сумму стартовой мощности всех приборов.

Если поочередно, то сумму нормальной мощности всех приборов плюс стартовой мощности прибора, который будет запускаться последним.

Пример. Рассчитать мощность генератора, требуемую для одновременного и поочередного запуска 5 ламп по 100Вт, электрочайника 1,2кВт, кондиционера 300Вт с cosψ=0,7, холодильника мощностью 300Вт с cosψ=0,8.

Одновременный запуск:

5 ламп Х 100Вт = 500Вт/(cosψ=1) = 500ВА   коэф. старт. тока = 1. Стартовая мощность: 500ВА

1 чайник Х 1200Вт = 1200Вт/(cosψ=1) = 1200ВА  коэф. старт. тока = 1. Стартовая мощность: 1200ВА

1 кондиционер X 300Вт = 300Вт/(cosψ=0,7) = 429ВА  коэф. старт. тока = 5.  Стартовая мощность: 429ВА Х 5 = 2145ВА

1 холодильник X 300Вт = 300Вт/(cosψ=0,8) = 375ВА  коэф. старт. тока = 3.  Стартовая мощность: 375ВА Х 3 = 1125ВА

Итого: 500ВА + 1200ВА + 2145ВА + 1125ВА = 4970ВА.

Т.е. можно взять генератор с максимальной мощностью не менее 5,0кВт. В марке «ГЕНСТАБ» это GSG-6500CLEH с максимальной мощностью 5,5кВт.

Поочередный запуск в заданной последовательности (в порядке перечисления):

5 ламп – нормальный режим 500ВА. В момент запуска 500ВА

1 чайник – нормальный режим 1200ВА. В момент запуска 1200ВА

1 кондиционер – нормальный режим 429ВА. В момент запуска 2145ВА

1 холодильник – нормальный режим 375ВА. В момент запуска 1125ВА

Нужно найти момент пикового потребления:

В момент включения ламп: 500ВА

Включаем чайник: 500ВА+1200ВА = 1700ВА

Включаем кондиционер: 1700ВА + 2145ВА = 3845ВА, далее 1700ВА + 429ВА = 2129ВА

Включаем холодильник: 2129ВА + 1125ВА = 3254ВА

Т.е. пиковое значение – 3,845 кВт, причем приходится оно не на запуск последнего прибора (холодильника), а предпоследнего – кондиционера.

При такой последовательности включения достаточно генератора с максимальной мощностью не менее 4,0кВт. В марке «ГЕНСТАБ» это GSG-5000CLE с максимальной мощностью 4,5 кВт.

А можно было бы обойтись еще менее мощным генератором? Можно, если строго соблюдать «экономную» последовательность включения: подключать приборы в порядке убывания максимальной стартовой мощности:

Включаем кондиционер: 2145ВА, далее 429ВА

Затем холодильник: 429ВА + 1125ВА = 1554ВА, далее 429ВА + 375ВА = 804ВА

Затем чайник: 804ВА + 1200ВА = 2004ВА, далее 804ВА + 1200ВА = 2004ВА

Затем 5 ламп: 2004ВА + 500ВА = 2504ВА. Далее то же 2504ВА.

Т.е. в этом случае нужен генератор с рабочей мощностью не менее 2,6кВ. В бензиновой линейке «ГЕНСТАБ» это GSG-3800CLE с рабочей мощностью 2,8кВт.

 Генератор и сварка

А если нужно использовать генератор со сварочным аппаратом, а потребляемая мощность на последнем не указана?

Тут нужно кое-что знать о сварочных аппаратах. Они бывают двух типов устройства: трансформаторного и инверторного. Основное отличие в КПД. У трансформаторов он составляет 60-65%, у инверторов – 85-95%.

Основной показатель аппарата – сварочный ток. При сварке электродом аппарат берут из расчета 50А на 1мм диаметра электрода.

Наконец, есть такой параметр, как сварочное напряжение. Оно зависит от того, насколько используемый сварочный ток близок к максимально возможному на данном аппарате. Т.е. при сварке током 160А, аппарат, рассчитанный максимум на 160А будет потреблять мощность меньше, чем аппарат, рассчитанный максимум на 300А. Так как у последнего при том же токе сварочное напряжение будет выше. При использовании возможностей сварочника «по полной», сварочное напряжение у большинства аппаратов сварки прямым током (DC) снижается до 25В.

Рассчитаем мощность генератора, требуемую для питания сварочного аппарата трансформаторного типа для сварки DC током до 160А при токе 160А:

P = 160A * 25В / 60% = 6,66кВт.

Т.е. нужен генератор с рабочей мощностью не ниже 6,7кВт. В марке «Генстаб» это GSG-11000CLE с рабочей мощностью 8,5кВт.

А теперь рассчитаем мощность генератора, требуемую для питания сварочного аппарата инверторного типа для сварки DC током до 160А при токе 160А:

P = 160A * 25В / 80% = 5,0кВт.

Т.е. достаточно генератора с рабочей мощностью не ниже 5,0кВт. В марке «Генстаб» это GSG-6500CLEH с рабочей мощностью 5,0кВт.

Но вот чтобы варить тем же током в 160А инверторным аппаратом, рассчитанным на ток до 300А, данного генератора будет недостаточно, т.к. 160А нужно будет умножать уже не на 25В, а, скорее, на 35В.

смотри также

для какого оборудования генератор не подходит?