Что такое avr в бензогенераторе
AVR и ATS электрогенератора: что это и стоит ли за это платить?
Современные электрогенераторы (те самые, которые пользуются стабильно высокой популярностью, как у бизнеса, так и у массового потребителя) оснащаются, как известно, разными дополнительными системами. И в этом посте расскажем вкратце о двух таких — о AVR и ATS.
Что это за системы такие, чем они отличаются и, что немаловажно, стоит ли за них доплачивать?
Для чего вообще нужен электрогенератор?
Напомним, генераторы — бензогенераторы или дизельные, компактные мобильные или большие стационарные — это, в первую очередь, резервный источник электроэнергии.
Если очень упрощенно, то такой агрегат состоит из двигателя внутреннего сгорания, собственно генератора, рамы и электронных систем. В продаже сегодня предлагаются модели с разной выходной мощностью, от единиц до нескольких кВт, которые с успехом применяются для решения самых разных задач.
При этом современные модели отличаются помимо компактных размеров и сравнительно высокой энергоэффективности также упрощенной конструкцией и весьма неприхотливы в эксплуатации и обслуживании. Так что, от пользователя требуются фактически только правильно рассчитать мощность агрегата и потом правильно и своевременно его обслуживать.
Что такое система AVR генератора?
AVR — это система автоматического регулирования напряжения. Ею оснащаются не только электрогенераторы, но и источники бесперебойного питания (ИБП или UPS). Именно благодаря AVR к обычному компактному генератору можно подключать чувствительные к перепадам напряжения электронные устройства, в том числе домашнюю электронику и бытовую технику.
Модели генераторов с AVR чаще всего имеют соответствующую маркировку на корпусе и стоят немного дороже, чем модели, у которых такая система конструкцией не предусмотрена.
Можно ли подключить к генератору без AVR различные электронные устройства? Конечно можно. Но всегда есть риск серьезно их повредить, вплоть по полного вывода из строя. Что делать, если есть генератор, но без AVR? В таком случае действовать придется по-старинке, а именно докупить внешний стабилизатор напряжения с соответствующими характеристиками, он позволит избежать проблем с перепадами тока.
Что такое система ATS генератора?
Генераторы, оснащенные ATS, автоматически запускаются, когда в сети пропадает напряжение, и останавливаются, когда оно снова появляется. Все это возможно благодаря специальному датчику, который постоянно анализирует такие параметры сети, как частота, фазовое и межфазовое напряжение и реагирует даже на минимальные по времени отключения электроэнергии.
Генераторы с ATS, как правило, применяются на объектах, где проблемы с подачей электроэнергии — явления частое, однако крайне нежелательное: в медучреждениях, на фермах, на стройплощадках, в серверных, в цехах производственных предприятий, в ресторанах и пр.
Системами ATS в основном оснащаются стационарные электрогенераторы. И это, безусловно, очень практичное и нужное решение, поскольку позволяет избежать потери времени на ручной запуск генератора в случае внезапного отключения электроэнергии.
Стоит также отметить, что системы ATS генераторов делятся на два типа: полной мощности (полностью питают всех подключенных потребителей) и малой мощности (питают только часть потребителей, то есть на время включения генератора определенные, некритические устройства отключаются).
Стабилизатор напряжения (система AVR) в генераторе – принцип работы и особенности
Мы привыкли к тому, что везде используется сеть в 220 В. Именно эта величина является приемлемой для стабильной работы любых электрических приборов. Однако, многие сети уже безнадежно устарели и ослабели. Реконструкцией сетей, конечно же, никто заниматься не хочет. Посему всевозможные скачки и отклонения от нормы – дело обычное. Но данная проблема исчезает, если приобрести генератор напряжения.
Напряжение, который выдает генератор колеблется в широком диапазоне. А причиной тому выступает высокая нагрузка на резервную сеть и конструктивные особенности аппарата. И, как правило, чем ниже стоимость, тем хуже генератор, а, следовательно, больше угрозы для дорогостоящих электроприборов, которые будут к нему подключены. Таким образом, дабы избежать неприятностей, лучше сразу приобрести генератор стабильного напряжения.
Все о стабильности напряжения
Стабильность напряжения или частот оценивается измеренными отклонениями напряжения от номинального за определенное время. Данный термин является ничем иным, как показателем качества электрической сети.
Для чего нужна стабильность напряжения?
Стабильным принято считать напряжение в 220 В. Однако, это всеобщее заблуждение, которое мы постараемся развеять в данной статье.
Таким образом, любой производитель, создавая электрические приборы, допускает их к использованию от электросети диапазоном от 200 до 240 Вольт. Это называется стандартным отклонением до 10%. Но, ни в коем случае, не больше.
Такой перепад допускается только в случае плавного и постепенного возрастания напряжения. А если генератор, внезапно, решил выдать незапланированный скачок, то «прощай, мой холодильник!». Никаких защитных функций генератора не хватит, чтобы защитить технику от разрушительной силы скачков напряжения.
Закон Ома гласит «сила тока всегда прямо пропорциональна напряжению», другими словами, если напряжение вернулось к исходному состоянию, а после резко повысилось, то и сила тока также резко пойдет вверх. В результате, электроны сходят с ума, а температура проводников и полупроводников преодолевает все допустимые нормы.
Вывод: скачки напряжения – это стопроцентный риск остаться без электрических приборов, причем, совершенно неожиданно, а это повлечет за собой незапланированные затраты личных денег на приобретение новой техники. Именно поэтому, стоит задуматься о том, что гораздо выгоднее купить генератор AVR и оставаться спокойным за свою технику.
Факторы, влияющие на стабильность напряжения
Дабы уклониться от неприятных ситуаций, рекомендуется устанавливать генераторный аппарат на специальное реле напряжения. Но такое реле не будет стабилизировать напряжение, а только являть его величину в критическом состоянии сети. Поэтому, более целесообразно приобрести бензиновый генератор с функцией стабилизации.
На стабильность выдаваемого напряжения влияет несколько следующих факторов:
1. Класс двигателя. Качество двигателя и его сборки важный критерий для генератора, а соответственно, стабильности напряжения сети. Именно качество влияет на возможности двигателя поддерживать 3000 об/мин в постоянном темпе. Данное число неизменно даже во время смены нагрузки и потребления тока, подключенной техникой.
2. Тип альтернатора. Выделяют их всего два: синхронный и асинхронный. Синхронный или же щеточный имеет более сложную конструкцию со стартером, ротором и угольными щетками. Стартер и ротор имеют обмотку. Желательно, если обмотка будет медной. Таким образом, синхронный альтернатор влияет на стабильность напряжения, для которого скачки и отклонения от эталона не будут характерными. Асинхронный же альтернатор обладает своими плюсами, однако, в их числе нет качественного тока.
3. Технология. Имеется в виду современная инверторная технология. Инверторные генераторные аппараты могут выдавать качественный и чистый ток с прекрасной геометрической синусоидой. Такое возможно благодаря двойному преобразованию переменного тока в постоянный, а следом обратно в переменный лучшего качества. Отклонение от эталона в генераторе инверторного типа составляет всего 2, 5%. Неплохо, да?
4. AVR. Генераторы инверторные с AVR – идеальны, если пользователь желает сохранить свою технику от перебоев в сети. Данная технология (AVR) держит выходное напряжение на одном уровне, совершенно, исключая отклонения и скачки. Они, просто-напросто, не могут появиться.
Электроника, которая не может обойтись без стабильного напряжения
Существует большое количество электрических приборов, которые не долго «проживут» без стабильного напряжения. Это, как правило, тяжелая и ответственная техника. Наподобие медицинского оборудования. Представьте, что случиться с пациентом, если аппарат жизнеобеспечения выйдет из строя, хотя бы на минуту.
Также, лабораторное оборудование требует наличия стабильного напряжения. Например, сверхточный и жутко чувствительный pH-метр. Стоит току проявиться в скачке, так аппарат, если и не сломается вовсе, то потребует перенастройки, а дело это нудное.
Естественно, бытовую технику мы тоже стороной не обойдем. Компьютеры и модемы требуют наличие стабильного напряжения. Стиральные и посудомоечные машины тоже можно добавить в список. Особенно, боится скачков котел. Одного маленького скачка достаточно, чтобы остаться зимой без отопления. А детали на котлы очень дорогие и без него не обойтись, как допустим, без компьютера или посудомойки.
Из мелкой техники, можно отметить, что современные смартфоны очень полезны и функциональны, но скачков боятся, как огня. То же самое можно сказать и о других гаджетах.
Отсюда, можно сделать умозаключение, что генератор стабильного напряжения – не лишняя трата денег, а необходимость, которая защищает электроприборы от скачков напряжения, а пользователя от холода, голода и социальной изоляции.
Так же у нас на сайте Вы сможете найти большой выбор двухтопливные генераторы или Дизельный генератор Forte.
Как я делал себе АВР для генератора
Несколько лет назад делал себе АВР (автоматический ввод резерва) для работы на даче от генератора. Сейчас многие ИТ-шники переходят на удалёнку, работают с дач, где качество электропитания может оставлять лучшего. Поэтому решил написать о своем опыте самодельного АВР на микроконтроллере ATmega8A. Если тема интересна, добро пожаловать под кат, будет много букв и кода.
О заземлении
Стоит помнить, что в сети не всегда 220В. Коммутация на линиях, грозовые разряды вдалеке, статические разряды дают такие наводки, что в сети нередки короткие импульсы в несколько киловольт. С этим борются установкой разрядников и УЗИП на вводе в дом, но это очень редкая практика в РФ. Так что пусть искра в землю уходит, и не через вас – сделайте по всему дому хорошее заземление. Без этого делать что-либо дальше просто нельзя!
О генераторах
К слову, у многих бытовых бензиновых генераторов обмотки никак не соединены с землёй. И это вполне нормально, когда вы питаете от генератора один электроинструмент. Но когда вам надо подключить генератор к дому, нужно сделать нулевой провод (N) и провод фазы (L). Для этого один из выводов генератора заземляется и из этой точки заземления уже независимо нужно вести в дом два провода – один будет нейтралью N, а второй – защитным заземлением (PE). При выборе генератора нужно обратить внимание, можно ли заземлять его выход, порой это запрещено в инструкции к генератору, тогда такой генератор вам не подойдёт.
Часто в Сети можно увидеть схемы подключения генератора без заземления и разделения линий N и PE. Не делайте так, дольше проживёте. Такие схемы хорошо работают до первого неудачного стечения обстоятельств. В типичных блоках питания современных электронных приборов стоят конденсаторы с линий L, N на землю. Если N не заземлить у генератора, то за счёт этих конденсаторов на линии N будет, если повезёт, 110 вольт относительно земли. Кстати, многие газовые котлы в таком режиме вообще перестают работать. Про влияние статики без присутствия заземления я уже писал выше.
О схемах АВР
Есть несколько разных схем реализации АВР. Дальше я буду писать о наиболее безопасной с моей точки зрения схеме однофазного АВР. Я не советую экономно делать АВР на одном контакторе или же с коммутацией только одного фазного провода. Только вместе с нейтралью.
На приведенной схеме питание от сети и от генератора подаётся через вводы 1 и 2. Они защищены спаренными автоматами. Через дополнительные автоматы питаются схемы коммутации и индикации. Видно, что катушки реле взаимно блокируются электрически. За включение того или иного ввода отвечает для упрощения не показанный на схеме микроконтроллер, который замыкает цепи в точке коммутации ТК1 или ТК2.
Принципиальным моментом является наличие в АВР 2х схем блокировок – взаимной механической блокировки коммутирующих вводы контакторов и взаимной электрической блокировки контакторов. Самодельщики ради экономии, бывает, в своих конструкциях пренебрегают этими блокировками, а зря. Схема без блокировок может проработать некоторое время, но в какой-то момент контакты пригорят, возвратные пружины ослабнут и случится КЗ между вводами. Во-первых, это грозит большим бабахом, если обе линии окажутся под напряжением, но это не самая большая проблема. Гораздо важнее, что ваш генератор неожиданно для ремонтирующих проводку электриков может выдать в общую сеть напряжение – при неблагоприятном стечении обстоятельств ремонтирующие линию электрики могут погибнуть. Для вас это уже уголовная статья.
О контакторах
Таким образом, использование обычных реле для нас отпадает, подойдут только специализированные контакторы. Для больших мощностей есть ещё вариант с моторизованными приводами, но это дорого и для типичного домашнего применения избыточно.
Чтобы сделать механическую блокировку, нужно выбрать контакторы, которые могут работать в паре. Обычно взаимная блокировка достигается установкой одинаковых контакторов рядом друг с другом и установкой дополнительной опции – механического блокиратора. Он продаётся отдельно от контакторов и стоит копейки.
Взаимная электрическая блокировка возможна, если на контакторе есть дополнительные сигнальные контакты, работающие на размыкание. Иногда они сразу встроены в контактор, иногда их можно докупить и установить как опцию.
Ведущие производители контакторов имеют в своих линейках такое оборудование. Так что найти и купить комплект не представляет особого труда. Правда цены на брендовые контакторы на порядок выше наших/китайских. Поскольку количество циклов коммутации не ожидается большим, то выбор китайских контакторов вполне оправдан. К недостаткам можно отнести только то, что катушки контактора во время работы довольно сильно гудят.
Еще по поводу коммутируемой мощности. Контакты контактора должны выдерживать максимальную мощность, которую вам разрешено потреблять в доме. У меня это 10 кВт, поэтому контакторы я выбирал на допустимый ток через один контакт примерно в 50 ампер. Стоит отметить, что по какой-то причине коммутируемая мощность для типичного трехфазного контактора указывается в паспорте суммарная для всех трёх фаз, поэтому надо внимательно смотреть, какой допустимый ток именно через один контакт.
О схеме управления
Когда я занимался созданием АВР у меня было несколько особых требований к его работе:
Хорошо бы, чтоб контроллер работал долго и надёжно. Кроме того, чтобы сделать полную гальваническую развязку и снабдить контроллер сторожевым таймером я ничего более не придумал. Ну и сделать схему и программу максимально простыми. Поскольку делалось всё для себя, то все настройки и калибровки решил оставить в коде — весь UI свелся к одному светодиоду )
Основная задача контроллера – мониторить напряжение на вводах и, при необходимости, переключать вводы. При этом приоритетным является ввод от деревенской сети.
Тут стоит отметить, что качество сети таково, что колебания от 150 в до 250 в вполне обычное явление. Поэтому понятие что есть хорошее питание от сети очень размыто. Через какое-то время я решил эту проблему, когда поставил на весь дом один мощный тиристорный стаблизатор напряжения на 11 кВт. Но, важно, стабилизатор можно ставить только до АВР, а не после! Включать стабилизатор для генератора категорически не рекомендуется. Есть опасность, что при определенной комбинации нагрузок, особенно всяких мощных насосов, система из генератора и стабилизатора станет неустойчивой и войдет в автоколебания.
После некоторых раздумий нарисовал такую схему в Eagle.
В схеме есть два идентичных трансформаторных источника питания, при наличии напряжения на любом из вводов схема обеспечена питанием. Между вводами возможно напряжение в 600в, поэтому изоляция трансформаторов должна быть хорошей. Питание берется после пакетников QF3 и QF4 соответственно.
У каждого источника есть резистивный делитель напряжения, защищенный от перенапряжения стабилитроном – с него производится путём нехитрых расчётов измерение напряжение сети с помощью АЦП микроконтроллера.
Для коммутации катушек контакторов применяется стандартная схема из даташита для управления семисторами. 2 штуки ). Катушки — это индуктивная нагрузка, поэтому цепи снаббера на выходе из резистора и конденсатора обязательны.
У меня был релейный модуль с али, который используется для останова генератора. На схеме он просто прямоугольник с тремя выводами.
Из особенностей еще в качестве генератора опорного напряжения использован TL431. В остальном всё включено стандартно для Atmega 8. Есть светодиоды для индикации наличия напряжения питания на вводах и один светодиод статуса устройства. Тактируется схема с помощью внешнего кварца на 16 МГц.
Eagle мне породил вот такую печатную плату. Никаких SMD, симисторы и стабилизатор с легкими радиаторами.
Два тороидальных трансформатора установлены прямо на плате. Плату изготовил традиционным радиолюбительским способом с помощью фоторезиста. После монтажа покрыл тремя слоями акрилового лака. Надеюсь не пробьет его высокое напряжение.
О программе управления
Код программы довольно длинный, извините.
Программа разработана с помощью бесплатного AVR Studio и использует стандартные библиотеки AVR.
В основном цикле программа проверяет напряжение на входах вводов, оценивает состояние включения контакторов, учитывает работу программных таймеров, производит необходимые корректировки включая или выключая реле и контакторы, затем уходит в спячку. Для отладки сделан вывод отладочной печати в последовательный порт микроконтроллера.
Для контроля зависаний предусмотрен сторожевой таймер.
Все циклы измерений сделаны на прерываниях и с использованием аппаратных таймеров. Счетчик секунд сделан на таймере 1. По прерыванию таймера 1 обновляются программные таймеры, отвечающие за задержки включения и отключения контакторов и реле генератора.
Второй таймер используется для создания эффекта мигания светодиода статуса. Предусмотрено три паттерна мигания. Значения из паттерна мигания берутся в прерывании таймера 2. По миганию можно судить о состоянии контроллера.
Два АЦП также работают по таймерам и усредняют по 2500 сэмплов измерений напряжения. Для перевода измерений в реальные вольты предусмотрены калибровочные константы. Их значения надо исправить в ходе настройки АВР.
Кроме того, есть еще ряд констант, которые нужно определить в ходе наладки.
Реле останова генератора при работе от генератора держится включенным, блокируя поступление напряжения на цепь останова генератора. После завершения работы таймера работы генератора на холостом ходу, реле выключается и на цепь останова генератора через это реле начинает поступать ток. На самом генераторе стоит специальный блок, который после появления напряжения с некоторой задержкой замыкает цепь зажигания на массу, что приводит к останову генератора. Этот же блок содержит цепь подзаряда аккумулятора генератора. Если кому интересны детали, напишите в комментах, я сделаю отдельный пост об этом блоке. В нём нет кода, всё аппаратно.
Если кто-то надумает повторить АВР, то стоит подкорректировать значения настроек. Готовую прошивку не публикую, так как программу всё равно надо править в ходе настройки АВР.
Надо сказать, что мой АВР работает уже 4 года без проблем, так что схема можно считать проверенная как и код.
Как устроен AVR на бензогенераторе?
Здравствуйте форумчане.
Кто нибудь знает как устроен AVR на бензогенераторе? Возможно ли придумать какую нибудь замену этому устройству. Вышел из строя и не могу нигде найти оригинальный блок. Генератор савсем новый Moller GGT6501E очень нравится но по незнанию перегрузил и AVR крякнул, по всей видимости отсутствует какаято защита от перегрузок.
@ntonio написал :
Генератор савсем новый Moller GGT6501E очень нравится но по незнанию перегрузил и AVR крякнул, по всей видимости отсутствует какаято защита от перегрузок.
как вариант поискать по сервисам генераторов HYUNDAI
это близнецы.
Сервисы обзвонил все говорят привозите. Знает ли кто нибудь где конкретно можно преобрести подобный узел или замену?
А фотка АВР есть? Можно было бы поискать.
Вот фото.
Генератор мощность номинальная 6500 Вт максимальная 7200Вт выход 12В/8А, 230В 50Гц
Вроде есть, но у вас написано 5 kW. Нашел такую же,по проводам и внешнему виду практически одинаковые.
Я слышал что AVR бывают на 3kW, 5kW, 7kW.
Также они делятся на бензиновые и дизельные.
Как бы в лужу не сесть, несоответствие заданных параметров может привести к непредсказуемым последствиям!
На вашем же вроде написано 5 kW, я поэтому такой же и искал, на 7 к сожалению все равно нет.
Какова цена предложенного
а есть возможность фотку поглядеть?
Супер спасибо огромное за помощь.
Отправит тока что фотки в сервис где определяли неисправность на моем генераторе говорят что должна подойти несмотря на незначительные внешние расхождения.
Спрашивают есть ли возможность пославки подобных изделий более чем 1шт и дешевле чем 1400р?
Его назначение поддерживать неизменным напряжение 12в? Если так, то можно использовать автомобильный регулятор напряжения, возможно придется поставить еще один мощный транзистор.
К сожалению я не силен в электротехнике и хотелосьбы, если это возможно, узнать поподробней каким образом и чем именно можно так скажем обмануть разработанную электросхему.
используя автомобильный регулятор как я понимаю я просто добьюсь, как выше сказано, поддержания 12 вольт. Но генератор помимо 12 и 230 выдает как это сделать?
С дохлым AVR вольтметр при работе показывает в 0. получается что AVR ловит полный с обмоток ток и затем уже распределяет по всем узлам и на выход как 12 так и 230. Генератор с ключа даже не глушится приходится ему подачу перекрывать чтоб успокоить.
Его назначение поддерживать неизменным напряжение 12в?
его назначение поддерживать 230 В
Спрашивают есть ли возможность пославки подобных изделий более чем 1шт и дешевле чем 1400р?
20-04-2009 19:43
Для МСК 1400 это просто супер-цена..куда ещё дешевле ..ох уж эти механики..ведь они будут продавать с установкой, как минимум за 3000 рр..а то и за 5000 рр
Я слышал что AVR бывают на 3kW, 5kW, 7kW.
Инверторный электрогенератор: идеальная синусоида напряжения
Содержание
Содержание
Инверторные электрогенераторы завоевывают все большую популярность. Оно и понятно — их ассортимент увеличивается, а стоимость приближается к обычным генераторам. Об их преимуществах над классическими наслышаны многие, кто хоть немного интересовался автономными электростанциями. Так в чем же заключаются их достоинства и насколько они хороши на самом деле?
Инверторный электрогенератор — что это?
В основе электрогенераторов положен принцип выработки электрической энергии за счет преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую путем вращения генератора переменного тока — альтернатора.
В бытовых моделях чаще всего применяют синхронные генераторы переменного тока. Генератор состоит из статора и ротора. На статоре расположены обмотки, с которых снимается вырабатываемое генератором переменное напряжение. На роторе же — несколько полюсов с магнитами. Это могут быть как электромагниты, так и постоянные магниты, например, мощные неодимовые. Ротор вращается, создавая переменное магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора, в результате чего в последней появляется электродвижущая сила, или, проще говоря, напряжение.
Схема классического электрогенераторабез инверторной технологии
Что же такое инверторные электростанции? Инвертор — это электронное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, в инверторных электростанциях выходное переменное напряжение получают не напрямую от генератора переменного тока, а от инверторного преобразователя. Но пытливый читатель, вероятно, заметил, что инвертор преобразует постоянный ток в переменный. А где же его взять, если с обмоток статора снимается переменное напряжение? Все правильно, от генератора переменного тока получается переменное напряжение. Для получения же постоянного напряжения используют выпрямители.
Схема электрогенератора с использованиемнезависимого формирователя выходного напряжения
Если в электростанции отсутствует инверторный преобразователь (далее будем называть такие электростанции классическими), то необходимое напряжение снимается напрямую с обмоток статора.
Зачем же так все усложнять, если можно просто подключить необходимое электрооборудование к обмотке статора генератора переменного тока и завести двигатель. На то есть, как минимум, три веские причины:
Думается, что эти причины стоят того, что бы немного заморочиться. Начнем с самого важного — характеристик переменного напряжения, требуемого для питания электроприборов.
Характеристики переменного напряжения
Какими же характеристиками должен обладать электрический ток, получаемый от автономной электростанции?
Пойдем простым логическим путем — если к электростанции планируется подключать бытовые электроприборы, то электрическое напряжение, получаемое от автономной электростанции, должно иметь те же характеристики, что и напряжение в обычной розетке.
Согласно ГОСТ 32144-2013 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения», основные характеристики напряжения в бытовой электросети должны удовлетворять следующим значениям:
Форма напряжения должна быть синусоидальной с минимальными искажениями. «Качество» синуса определяется уровнем гармонических искажений.
Допустимый уровень гармонических искажений по напряжению не должен превышать 8 %. Зачастую именно искажения формы напряжения, которую выдают автономные электростанции, является причиной плохой работы, а то и вовсе неработоспособности подключаемого электрооборудования.
Синусоидальный сигнал «высокого качества» можно посмотреть на экране осциллографа, подключив его к выходу специального генератора сигналов, который предназначен для тестирования различных устройств.
Синусоидальный сигнал частотой 50 Гц на экране осциллографа Hantek DSO5202P, полученный со специального генератора сигналов
Можно оценить и частотный спектр этого сигнала. Например, используя программу SpectraPlus и звуковую карту Sound Blaster X-Fi Xtreme Audio SB0790, можно получить вот такой график и значение коэффициента гармоник, которое в данном случае не превышает 0,03 %.
Частотный спектр сигнала, полученного со специального генератора
С точки зрения ценителей хорошего звука данную форму напряжения нельзя назвать идеальной, а вот инженер-электрик наверняка посчитает такую форму напряжения образцовой.
Некоторые электронные приборы и электрооборудование допускают электропитание с худшими характеристиками, чем указано в ГОСТе, но если требуется «универсальный» электрогенератор, к которому можно было бы подключать любые устройства, не задумываясь о последствиях, то характеристики его напряжения должны быть максимально приближены к требованиям ГОСТа.
А что творится в обычной розетке?
Чтобы понимать, о чем идет речь и какие в реальности основные параметры напряжения в бытовой электросети, были проведены их измерения.
Форма напряжения частотой 50 Гц в бытовой электросети
Спектр напряжения в бытовой электросети
По результатам измерений коэффициент гармоник (уровень гармонических искажений) по напряжению в бытовой электросети составил около 3.4 %, что полностью укладывается в требования ГОСТа. Изменения напряжения в течение двух часов не превышали допуски, указанные в ГОСТ.
Изменение напряжения в бытовой электросети в течение двух часов
Изменения частоты напряжения в бытовой электросети минимальны и не превышают 0,05 Гц.
Изменение частоты напряжения в бытовой электросети в течение 1 часа
Такая точность необходима в большей степени для синхронизации промышленных электрогенераторов, установленных на ТЭЦ, ГЭС, АЭС и прочих электростанциях. Для бытовых потребителей электроэнергии такая точность, как правило, избыточна. Поэтому в ГОСТе отдельно указаны допуски на отклонение частоты для автономных систем электроснабжения, значения которых составляют ±5 Гц.
С качеством электрической энергии разобрались, вернемся к электрогенераторам.
Классическая автономная электростанция
Для того, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками, в классической электростанции необходимо выполнить несколько условий.
У синхронных генераторов частота выходного напряжения пропорциональна частоте вращения ротора. Если вращать ротор со скоростью 1500 оборотов в минуту, то на выходе получим напряжение частотой 50 Гц. При этом ротор должен быть двухполюсным, то есть иметь два магнита, закрепленных на противоположных сторонах оси ротора. Для двигателя внутреннего сгорания 1500 об/мин — это оптимальное значение, поэтому ось ротора напрямую соединяется с осью коленчатого вала двигателя. Теперь требуется тщательно следить за оборотами двигателя и поддерживать их на заданном уровне для обеспечения стабильной частоты получаемого переменного напряжения.
Нужную частоту получили, теперь разберемся с напряжением на выходе. Альтернатор, по сути, является источником тока, а не напряжения, поэтому выходное напряжение при условии постоянства оборотов будет зависеть от величины нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше напряжение.
А еще выходное напряжение зависит от величины вращающегося магнитного поля, которое создают магниты на роторе. Силу магнитного поля можно менять, если установить на роторе электромагниты. Теперь, меняя ток в обмотках электромагнитов, можно регулировать выходное напряжение альтернатора. Так как ротор вращается, то для подачи тока в его обмотки применяют скользящие контакты — щетки. Устройство, которое поддерживает выходное напряжение генератора на уровне 220–230 В путем непрерывной регулировки тока в обмотках ротора, называется автоматическим регулятором напряжения (automatic voltage regulator — AVR). Без AVR синхронные генераторы в автономных электростанциях не применяются. Данные устройства чаще всего устанавливаются в корпусе альтернатора и выглядят примерно так.
Автоматический регулятор напряжения (AVR)
А вот так выглядит типичный альтернатор, установленный на классической автономной электростанции.
Типичный синхронный альтернатор мощностью 2,2 кВт. Сверху со снятой задней крышкой и демонтированным AVR, снизу вид сбоку с ориентировочными размерами
Как видно на фото, конструкция довольно громоздкая. Альтернатор сопоставим по размерам с применяемым двигателем внутреннего сгорания. При частоте выходного напряжения в 50 Гц и используемому принципу поддержания выходного напряжения на должном уровне уменьшить габариты альтернатора практически не возможно.
Характеристики напряжения в классическом электрогенераторе
Форма выходного напряжения классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт Нагрузка 1700 Вт
Форма выходного напряжения на выходе классической автономной электростанции номинальной мощностью 2.2 кВт
Нетрудно заметить, что форма напряжения отличается от «идеальной» синусоиды. Частотные спектры сигналов и значения коэффициента гармоник показаны ниже на графиках.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт
При мощностях нагрузки 900 и 1700 Вт коэффициент гармоник превышает требования ГОСТа.
Далее показана зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.
Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки
Что интересно, при увеличении нагрузки выходное напряжение генератора даже немного повышается. Это особенности работы AVR. В целом значение выходного напряжения достаточно стабильно. Тут некоторую озабоченность вызывают кратковременные всплески напряжения в моменты подключения нагрузки. Особенно это заметно, если к ненагруженному генератору сразу подключить довольно мощную нагрузку. В данном случае в момент подключении к генератору нагрузки в 1700 Вт сразу наблюдается провал напряжения на 9-10 вольт, затем кратковременный подъем на 11-12 вольт. Это результат работы системы AVR и системы автоматического поддержания оборотов двигателя, которые имеют естественную инерционность и не могут мгновенно производить регулировку.
А вот так меняется частота выходного напряжения при подключении нагрузки разной мощности.
Зависимость частоты выходного напряжения от величины нагрузки
При работе электростанции без нагрузки или при малой нагрузке частота напряжения немного завышена относительно номинального значения (50 Гц), это сделано умышлено, так как при номинальной нагрузке обороты двигателя в любом случае упадут даже при задействованной автоматической регулировке оборотов. А для электрооборудования незначительное повышение частоты питающего напряжения менее вредно, чем ее понижение, в особенности для устройств с трансформаторным питанием. При снижении частоты у трансформаторов увеличивается ток холостого хода, а значит и нагрев.
Как бы то ни было, характеристики напряжения исследуемой классической электростанции вполне удовлетворяют требованиям ГОСТа, за исключением гармонических искажений выходного напряжения. Но для большинства оборудования это вполне допустимо.
Инверторная автономная электростанция
В инверторных электростанциях тоже используется синхронный генератор переменного тока. Но его конструкция отличается от тех, которые используются в классических электростанциях.
Какие же требования предъявляются к генератору переменного тока инверторной электростанции, чтобы получить напряжение с требуемыми характеристиками? А требования эти очень лояльные, так как формированием нужных характеристик выходного напряжения занимается инверторный преобразователь, а не альтернатор. В этом и кроется ключевое отличие инверторных электростанций от классических.
Самое интересное заключается в том, что становится не важно, какая частота напряжения будет на выходе альтернатора, так как напряжение будет преобразовано в постоянное, а у него частота как параметр отсутствует в принципе. Это дает возможность применения многополюсного генератора с внешним ротором, обмотки которого работают на повышенной частоте (примерно 400–600 Гц).
Отпадает необходимость в роторе с обмоткой для создания электромагнита. Блок AVR тоже становится лишним. Ведь уровень напряжения, необходимый для питания инвертора можно регулировать, изменяя обороты двигателя. Поэтому на роторе можно установить постоянные магниты. Все эти конструктивные особенности значительно уменьшают размеры и вес альтернатора.
Синхронный многополюсный альтернатор с внешним ротором на постоянных магнитах мощностью 1,25 кВт
Показанная на фото инверторная электростанция имеет в составе два многополюсных генератора переменного тока, которые установлены по обе стороны коленчатого вала. В результате параллельной работы двух альтернаторов номинальная мощность электростанции составляет 2,5 кВт.
А вот так выглядит типичный блок формирователя выходного напряжения, в составе которого установлен выпрямитель и, собственно, инвертор. Размеры данного блока 175х130х80 мм.
Характеристики напряжения инверторного электрогенератора
Форма выходного напряжения инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт показана на трех осциллограммах ниже при мощностях нагрузки в 100 Вт, 900 Вт и 1700 Вт соответственно.
Форма выходного напряжения на выходе инверторной электростанции номинальной мощностью 2 кВт
Форма напряжения близка к «идеальной» синусоиде. Измерения коэффициента гармоник показали отличные результаты. Уровень искажений меньше, чем в бытовой электросети и в несколько раз меньше требований ГОСТа.
Нагрузка 100 Вт Нагрузка 900 Вт
Уровень гармоник выходного напряжения инверторной электростанциипри разных величинах нагрузки
Далее показана зависимость выходного напряжения от подключаемой нагрузки.
Зависимость выходного напряжения от величины нагрузки
При увеличении нагрузки напряжение уменьшается, но незначительно. Наблюдаются провалы напряжения в моменты подключения нагрузки. Более всего это заметно при резком увеличении нагрузки с нуля. Такие провалы объясняются конкретными схемотехническими решениями при разработке инвертора и в разных реализациях могут отличаться по величине.
А вот если посмотреть на график частоты выходного напряжения от нагрузки, то увидим ровненькую горизонтальную линию. При этом нагрузка к генератору подключалась аналогично предыдущему графику. Такие стабильные параметры являются следствием того, что инверторный преобразователь имеет свой собственный задающий электронный генератор, и его частота никак не зависит от оборотов двигателя.
Параметры напряжения инверторной электростанции полностью удовлетворяют требованиям ГОСТа. Отличительной особенностью являются малые гармонические искажения выходного напряжения и высокая стабильность частоты.
В каждой бочке бывает ложка…
Нельзя не отметить одну особенность инвертора, которой пользуются производители, чтобы удешевить его конструкцию. Дело в том, что по определению инвертор — это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом речь не идет о форме этого переменного напряжения. Синусоидальную форму выходного напряжения чисто технически получить несколько сложнее, чем прямоугольную. В результате некоторые производители устанавливают на свои электростанции инверторы, которые вместо синуса дают прямоугольные импульсы частотой 50 Гц, при этом их ширина и амплитуда подобраны таким образом, что дают среднеквадратическое значение напряжения как раз в 220–230 В. Все это называют ступенчатой аппроксимацией синусоиды. Ниже показана форма выходного напряжения инверторной электростанции с выходным напряжением в виде как раз той самой ступенчатой аппроксимации.
Форма выходного напряжения инверторной электростанции со ступенчатой аппроксимацией синусоиды
Да, некоторое оборудование вполне сносно переваривает такую форму напряжения, но называть такую электростанцию универсальной для питания любого электрооборудования было бы опрометчиво. Сложно гарантировать стабильную и безотказную работу оборудования, подключенного к такому электрогенератору. Либо надо знать, что подключаемое оборудование допускает работу от напряжения такой формы.
К сожалению, производители зачастую умалчивают об этом параметре, но зато громко заявляют, если их изделие выдает «чистый» синус.
Что в итоге?
Основным преимуществом инверторных электростанций является малый вес и габариты. В среднем инверторная электростанция в 1,5-2 раза легче и меньше классической. Такие показатели удалось достичь благодаря применению многополюсного генератора переменного тока с внешним ротором на постоянных магнитах и работающего на повышенной частоте. А применяется такой генератор как раз из-за независимого формирователя выходного напряжения — инвертора. Ко всему прочему все эти технические решения увеличивают КПД электрогенератора, что уменьшает потребление горючего двигателем.
Что касается качества выходного напряжения, то тут неоспоримым преимуществом инвертора по сравнению с классической электростанцией является низкий уровень искажений формы выходного напряжения. На выходе практически идеальная синусоида (если, конечно, не попался инвертор с аппроксимацией). Тоже можно сказать и о стабильности частоты. Такие параметры позволяют использовать инверторную электростанцию для питания любого оборудования, не опасаясь негативных последствий.
Стабильность напряжения инверторной электростанции ничем не выделяется на фоне этого же параметра классического электрогенератора. И у того, и другого устройства этот параметр находится на должном уровне и зависит от применяемых решений при разработке и изготовлении AVR или инвертора.