Устройство и принцип работы дизель – генератора

Дизель – генераторы невероятно нужные агрегаты, способные обеспечивать электроэнергией там, где нет сети, так же они могут временно заменить центральную сеть и предотвратить срыв деятельности целых организаций. Что же касается больниц, то тут они попросту незаменимы. Дизель – генераторы имеют очень разнообразные конструкции, которые зависят от многих факторов, например, таких как место и условия применения. В этой статье мы и рассмотрим устройство дизельных генераторов и их применение.

Принцип работы

Генератор представляет собой устройство, призванное преобразовывать вращательную энергию механического типа в электрическую энергию.

Сам по себе генератор энергию не делает. Для тог чтобы на выходе появилась ЭДС необходимо вращать генератор дизельным или другим двигателем. Движение обмоток, относительно магнита или друг друга, создает электродвижущую силу в этих обмотках, которая и дает ток определенной силы на выходе устройства. Чтобы было проще понять такой процесс, его можно сравнить с насосом, который точно так же не создает воду, а прокачивает ее через себя.

В основе работы любого генератора лежит закон магнитной индукции, который подразумевает появление электродвижущей силы в проводнике, который движется в магнитном поле. При таком движении на концах провода возникает разность потенциалов, что, в свою очередь, заставляет двигаться заряженные частички, тем самым создавая течение тока.

Из чего состоит генератор

Движущей силой любого генератора является двигатель, который приводит в действие сам генератор. Для работы двигателя необходима топливная система, а для стабильности напряжения, вырабатываемого генератором, регулятор напряжения. Не менее необходимой является и система охлаждения, как двигателя внутреннего сгорания, так и самого генератора. Еще одним важным компонентом является система смазки. На станине, которая содержит все узлы и агрегаты находится так же зарядное устройство для аккумулятора и панель управления. Также в обязательном порядке присутствует глушитель шума.

Двигатель

Двигатель служит источником механической энергии, которую и будет преобразовывать генератор. Во всех случаях от мощности дизеля зависит и мощность самого генератора. При выборе силовой установки нужно учитывать несколько важных моментов, которые в обязательном порядке указываются заводом изготовителем.

Тип топлива

Двигатели внутреннего сгорания, которые приводят генератор в действие, могут питаться бензином, газом или дизельным топливом. Если мощность генератора не велика, выгоднее использовать двигатель именно бензинового типа, если же от машины требуется большая мощность, в перспективе дизели и ДВС на газу. Существуют так же силовые установки, которые работают сразу на двух типах топлива.

Самыми распространенными двигателями внутреннего сгорания являются верхнеклапанные модели. Их клапаны находятся в самой головке цилиндров, а не в блоке, как у других типов ДВС. К преимуществам верхнеклапанных моделей можно отнести компактный внешний вид, простоту, надежность, удобство в ремонте, а также не большой шум и менее токсичный выхлоп. Из недостатков таких силовых установок следует выделить их дороговизну.

Генератор переменного тока

Является незаменимым звеном в цепочке генерации электрической энергии. Сам генератор состоит из стационарного корпуса, статора и подвижного ротора, который вращается в статоре. Все узлы генератора построены и расположены таким образом, чтобы обеспечить максимально точное перемещение обмоток в магнитном поле. Статор представляет собой неподвижную часть, в которой расположен сердечник с намотанной на него обмоткой. Ротор (якорь) является подвижной частью, которая создает вращающееся магнитное поле. Ротор бывает щеточным, с намотанной обмоткой, и бесщеточным, в виде постоянного магнита. Ротор создает магнитное поле, которое вращаясь, создает в обмотках статора электродвижущую силу и, как следствие, ток.

При оценке генератора следует обратить внимание на материал его корпуса, металлические модели более прочные и долговечные. В пластиковых аналогах происходит деформация, и смещение рабочих поверхностей, что со временем приводит к уменьшению мощности машины и даже ее порче. Ротор крепится в статоре на подшипниках, подшипники шарикового типа более предпочтительны, нежели роликовые. Генератор бесщеточного типа вырабатывает более стабильное напряжение и имеет большую долговечность.

Система питания

В среднем генератор способен проработать на одной заправке около 7-ми часов. В небольших моделях топливный резервуар является частью станины или крепится на ней. Если же генератор используется в стационарном режиме на предприятии, его оснащают внешним баком, который позволяет работать намного дольше. Топливная система большинства генераторов состоит из трубопровода, который доставляет топливо из бака в двигатель и обратно, вентиляции топливного резервуара, топливного насоса, который закачивает горючее из бака в двигатель. Также важной вещью является фильтр топлива, который отделяет от него воду и мусор. Для распыления дизельного топлива в цилиндры служат форсунки.

Регулятор напряжения

Как видно из названия это устройство призвано регулировать выходное напряжение системы. Ниже мы подробно опишем принцип работы регулятора.

Реле осуществляет преобразование переменного тока в постоянный, а реле – регулятор отбирает небольшую часть энергии и направляет его на вторичные обмотки, так же известные как обмотки возбуждения. Присутствуют также вращающиеся выпрямители, которые нужны для преобразования переменного тока обмоток возбуждения в постоянный.

Этот подготовительный процесс запуска длится до тех пор, пока генератор не возбудится и не начнет вырабатывать полное напряжение. Регулятор следит за состоянием выходного напряжения, и если оно превосходит заданные рамки, регулятор уменьшает напряжение возбуждения. Когда генератор работает в заданном режиме, регулятор просто поддерживает необходимое напряжение возбуждения.

Если нагрузка, прилагаемая к генератору, растет, напряжение его соответственно немного падает, и реле – регулятор добавляет питание ротору, таким образом, выходное напряжение достигает установленного значения. Цикл продолжается снова до выхода генератора на свою полную рабочую мощность.

Охлаждающая система

Двигатель дизельного генератора греется от трения движущихся частей и от тепла сгораемых газов. Очень важно удержать температуру двигателя в заданных пределах и отвести лишнее тепло.

Очень часто в генераторах в качестве охлаждающего вещества применяется обычная вода. Для обмоток самого генератора часто применяют водород, благодаря своей хорошей теплоотдаче он работает превосходно. Тепловая энергия передается через газ вторичному контуру охлаждения, который отбирает ее посредством дистиллированной воды. Оконечным контуром системы охлаждения является радиатор с принудительной подачей воздуха.

За охлаждающей системой необходимо тщательно следить и проверять уровень хладагента. Так же нужно следить за исправностью помпы (устройство подачи охлаждающей жидкости). Завод изготовитель обычно рекомендует, через какое количество времени работы нужно проводить профилактику системы охлаждения. Сам генератор обязательно должен находиться в проветриваемом помещении.

Смазочная система

Для того чтобы сам двигатель внутреннего сгорания и генератор, работающий в паре с ним, прослужили долго, они обязаны иметь хорошую систему смазки. ДВС получает смазку, как и все подобные машины, из картера через маслопровод и масляные фильтры. Каждые 7 – 8 часов работы двигателя необходимо производить проверку уровня масла и отсутствие утечек. После определенного количества проработанных мот часов, масло нужно менять.

Зарядное устройство

В основном двигатель, приводящий в движение генератор, запускается от аккумулятора. Для того чтобы батарея была все время заряженной и существует зарядное устройство. Напряжение зарядки должно иметь установленную величину, ведь при слишком низком или высоком значении аккумулятор либо сядет, либо быстро выйдет из строя. Корпус устройства заряжающего аккумулятор во избежание коррозии изготавливают из нержавейки. Система полностью автоматическая и не нуждается в обслуживании или настройке.

Управляющая панель

Панель управления позволяет управлять генератором, каждая отдельно взятая модель имеет свой пульт, и о некоторых из них мы расскажем ниже. Панель управления позволяет осуществлять автоматический запуск генератора в случае отсутствия электричества в сети. Также существует возможность следить за работой машины и в случае необходимости производить автоматическое отключение генератора.

Система контроля, которая включает в себя датчики, позволяет следить за состоянием двигателя и генератора во время работы, в том числе за давлением масла, температурой, напряжением аккумулятора, частотой вращения системы и временем ее работы. Автоматическая система защиты останавливает работу системы в случае аварийного сигнала, полученного от одного из датчиков. Контроль ведется не только за ДВС, но и за генератором.

Станина

Любой генератор основывается на раме, которая содержит несущую часть и кожухи, защищающие саму машину и обслуживающий персонал. Также в обязательном порядке должен присутствовать заземлитель. Несущая рама служит для жесткой фиксации всех агрегатов относительно друг друга и поверхности земли. Зачастую вся установка устанавливается в специальном контейнере, который защищает машину от воздействия со стороны окружающей среды.

Система выхлопа

При работе дизельного двигателя, как и любых других двигателей внутреннего сгорания, вырабатывается токсичный газ, который должен, тщательно отводится из помещения. В качестве системы отвода и глушения шума выступает выхлопная установка. Системе выхлопа следует уделять максимальное влияние, так как при халатном к ней отношении возможно отравление персонала выхлопным газом.

Трубы для отвода газа чаще всего делают из железа и чугуна. Устанавливаются на корпус двигателя и станину они не жестко, чтобы исключить влияние вибрации и как следствие порчу ДВС. Конечная часть выхлопной трубы выводится на улицу, в отдалении от окон и других проемов, ведущих в здание.

Еще одной важной функцией выхлопной системы является глушение шума работы двигателя. Для этой цели применяется система глушителей и таким образом громкость шума доводится до необходимого уровня.

Устройство и принцип работы дизель-генератора

Дизельный генератор — установка, преобразующая энергию сгорающего топлива в электроэнергию. Устройство дизель-генератора основано на разработках двух ученых-изобретателей, работавших еще в 19 веке.

Первый вклад сделал Майкл Фарадей, создавший в 1831 году прототип электрогенератора, в котором под воздействием магнитного поля во вращающемся проводнике индуцировалась электродвижущая сила. Вторым изобретателем стал Рудольф Дизель, получивший в 1892 году патент на двигатель внутреннего сгорания с повышенным КПД. Отметим, что схема устройства дизель-генератора в привычном современном исполнении разработана спустя 100 лет, а массовый выпуск ДЭС был организован компаниями Perkins и Caterpillar.

Конструкция дизель-генераторов

В состав дизель-генератора входят основные агрегаты, обеспечивающие получение электроэнергии и вспомогательные узлы, необходимые для поддержания работоспособности силовой и генерирующей установки.

Основные агрегаты

Устройство дизель-генераторной установки предполагает размещение на одной общей раме следующих агрегатов:

Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе и служащий источником механической энергии, необходимой для вращения ротора генератора. Основное отличие от бензиновых ДВС заключается в воспламенении горючего не от системы зажигания, а за счет более высокого сжатия. Благодаря этому удалось повысить мощность ДВС и снизить расход топлива.

Синхронный или асинхронный генератор электрического тока, соединенный с ДВС напрямую или через демпферную муфту. При вращении ротора этого агрегата происходит преобразование механической энергии в электрическую.

У любого дизельного генератора устройство и принцип работы основан на совместном функционировании этих двухосновных агрегатов. Но для обеспечения работы требуется ряд дополнительных систем.

Вспомогательные системы и оборудование

В этой категории выделяют:

Топливную систему, обеспечивающую хранение, очистку и подачу горючего в камеру сгорания ДВС.

Система отвода продуктов сгорания, совмещенная с глушителями, снижающими уровень создаваемого установкой шума.

Система охлаждения, позволяющая снизить температуру работающего двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от мощности ДГУ получило применение воздушное или жидкостное охлаждение.

Панель управления и щитовые шкафы, обеспечивающие распределение электроэнергии, контроль за параметрами работы ДЭС, отображение информации о состоянии оборудования. В эту же категорию относят аппаратуру защиты, сигнализации, автоматизации.

В зависимости от модификации, устройство ДЭС предполагает наличие и другого оборудования:

Система электрического пуска и зарядное устройство, поддерживающее АКБ в рабочем состоянии.

Звукопоглощающий кожух, обеспечивающий дополнительное снижение уровня создаваемого при работе шума.

АВР(автоматический ввод резерва), обеспечивающее переключение нагрузки с центрального источника энергоснабжения на генератор и обратно.

Отметим дизель-генераторы в контейнерном исполнении, для которых не требуется строительство отдельного помещения, работающие в климатических условиях любой сложности. Общие сведения о том, как устроен блок-контейнер. Представляет собой усиленный металлический корпус с утепленными стенками. В контейнере размещены узлы ДГУ так, чтобы обеспечить свободный доступ при ремонте и обслуживании. Плюсы такой компоновки — допускается эксплуатация на открытом воздухе, упрощается перевозка установки. Подобное строение ДЭС считается перспективным для промышленных генераторов высокой мощности.

Принцип работы дизельных генераторов

Все модели дизель-генераторов работают по одному и тому же принципу:

При сгорании топлива образующиеся газы создают избыточное давление на поршневую группу двигателя внутреннего сгорания.

Движение поршней по цилиндрам создает крутящий момент на коленвале, за счет чего он начинает вращаться.

Благодаря соединению вала с ротором электрогенератора начинается и его вращение.

При перемещении обмотки ротора в магнитном полу статора происходит индуцирование ЭДС.

Полученный электрический ток распределяется и передается потребителем.

АВР работает следующим образом — при отключении электроснабжения от основного источника (сети) осуществляется автоматический запуск ДГУ в работу. При выходе установки в заданный режим нагрузка переключается на дизель-генератор. При возобновлении централизованного электроснабжения происходит обратное переключение нагрузки и остановка ДЭС.

Благодаря высокой степени автоматизации просты в обслуживании и управлении, что упрощает организацию автономного или резервного электроснабжения в промышленных и бытовых масштабах.