Двигатель -генератор — это комбинация электрического генератора и двигателя ( первичного двигателя ), смонтированных вместе для формирования единого оборудования. Эта комбинация также называется двигатель-генераторной установкой или gen-set . Во многих контекстах двигатель воспринимается как должное, а объединенный блок просто называется генератором . Двигатель-генератор может быть стационарной установкой, частью транспортного средства или сделанным достаточно маленьким, чтобы быть переносным.
Помимо двигателя и генератора, двигатели-генераторы обычно включают в себя подачу топлива, регулятор постоянной скорости двигателя (регулятор) в дизельном топливе и регулятор напряжения генератора , системы охлаждения и выхлопа, а также систему смазки. Агрегаты мощностью более 1 кВт часто имеют аккумулятор и электростартер; очень большие агрегаты могут запускаться с помощью сжатого воздуха, подаваемого либо на пневматический стартер, либо непосредственно в цилиндры двигателя для запуска вращения двигателя. Резервные энергоблоки часто включают в себя автоматическую систему запуска и переключатель передачи для отключения нагрузки от источника питания при отключении питания и подключения ее к генератору.
Двигатели-генераторы доступны в широком диапазоне мощностей. Они включают в себя небольшие, переносные устройства, которые могут выдавать несколько сотен ватт мощности, устанавливаемые на ручную тележку устройства, которые могут выдавать несколько тысяч ватт, и стационарные или устанавливаемые на прицепе устройства, которые могут выдавать более миллиона ватт. Независимо от размера, генераторы могут работать на бензине , дизельном топливе , природном газе , пропане , биодизельном топливе , воде , газе сточных вод или водороде . [1] Большинство меньших устройств построены для использования бензина (бензина) в качестве топлива, а более крупные имеют различные типы топлива, включая дизельное топливо, природный газ и пропан (жидкость или газ). Некоторые двигатели также могут работать на дизельном топливе и газе одновременно ( двухтопливный режим ). [2]
Многие двигатели-генераторы используют поршневой двигатель с топливом, указанным выше. Это может быть паровой двигатель , такой как большинство угольных электростанций на ископаемом топливе . Некоторые двигатели-генераторы используют турбину в качестве двигателя, например промышленные газовые турбины, используемые на пиковых электростанциях , и микротурбины, используемые в некоторых гибридных электробусах .
Номинальные значения напряжения (вольт), частоты (Гц) и мощности (ватт) генератора выбираются в соответствии с нагрузкой, которая будет подключена. Для портативных двигателей-генераторов может потребоваться внешний стабилизатор напряжения для безопасной работы некоторых типов электронного оборудования.
Генераторы с приводом от двигателя, работающие на природном газе, часто являются основой небольших (менее 1000 кВт) установок комбинированного производства тепла и электроэнергии .
В США доступно всего несколько моделей переносных трехфазных генераторов. Большинство переносных устройств — это однофазные генераторы , а большинство производимых трехфазных генераторов — это крупные промышленные генераторы. В других странах, где трехфазное питание более распространено в домохозяйствах, переносные генераторы доступны от нескольких кВт и выше.
Небольшие переносные генераторы могут использовать инвертор . Инверторные модели могут работать на более низких оборотах для выработки необходимой мощности, тем самым снижая шум двигателя и делая его более экономичным. Инверторные генераторы лучше всего подходят для питания чувствительных электронных устройств, таких как компьютеры и светильники, которые используют балласт, поскольку они имеют низкий общий коэффициент гармонических искажений .
Поскольку нагрузка на электрогенератор приводит к падению скорости двигателя, это оказывает неблагоприятное воздействие на частоту и напряжение электрического выхода. Используя электронный инвертор для получения требуемого переменного тока, его напряжение и частота могут быть стабильными в диапазоне мощности генератора.
Другим преимуществом является то, что генерируемая электроэнергия от генератора с приводом от двигателя может быть полифазным выходом с более высокой частотой и формой волны, более подходящей для выпрямления для получения постоянного тока для питания инвертора. Это уменьшает вес и размер устройства.
Типичный современный инвертор-генератор выдает мощность 3 кВА и весит ~ 26 кг, что делает его удобным для перемещения одним человеком.
Среднеразмерный стационарный двигатель-генератор, изображенный здесь, представляет собой установку мощностью 100 кВА , которая вырабатывает 415 В при токе около 110 А. Он питается от 6,7-литрового турбированного двигателя Perkins Phaser 1000 Series и потребляет около 27 литров топлива в час при 400-литровом баке. Дизельные двигатели в Великобритании могут работать на красном дизельном топливе и вращаться со скоростью 1500 или 3000 об/мин. Это вырабатывает мощность при частоте 50 Гц, которая используется в Европе . В регионах, где частота составляет 60 Гц, например, в Северной Америке, генераторы вращаются со скоростью 1800 об/мин или другим делителем 3600. Дизельные двигатель-генераторные установки, работающие в точке пиковой эффективности, могут вырабатывать от 3 до 4 киловатт-часов электроэнергии на каждый литр потребленного дизельного топлива, с более низкой эффективностью при частичных нагрузках.
Многие генераторы вырабатывают достаточно киловатт для питания чего угодно, от бизнеса до полномасштабной больницы. Эти устройства особенно полезны для обеспечения резервного питания для компаний, которые несут серьезные экономические издержки , связанные с остановкой, вызванной незапланированным отключением электроэнергии. [3] Например, больница постоянно нуждается в электричестве, поскольку несколько медицинских приборов, поддерживающих жизнь, работают на электричестве, например, аппараты искусственной вентиляции легких.
Очень распространенным применением являются железнодорожные тепловозы с электроприводом , некоторые из которых имеют мощность более 4000 л.с. (2983 кВт).
Большие генераторы также используются на борту судов, использующих дизель-электрическую силовую установку. Напряжения и частоты могут различаться в разных установках.
Генераторы-двигатели используются для обеспечения электроэнергией в районах, где отсутствует электричество от коммунальной (центральной) станции или где электричество необходимо только временно. Небольшие генераторы иногда используются для обеспечения электроэнергией электроинструментов на строительных площадках. Генераторы, устанавливаемые на прицепах, обеспечивают питанием временные установки освещения, звукоусиления, аттракционы и т. д. Для расчета предполагаемого потребления энергии для различных типов оборудования можно использовать таблицу мощности, чтобы определить, сколько ватт необходимо для портативного генератора. [4]
Генераторы, монтируемые на прицепе, или мобильные генераторы, дизельные генераторы также используются для аварийных ситуаций или резервного копирования, когда требуется резервная система или на месте нет генератора. Чтобы сделать подключение более быстрым и безопасным, панель врезки часто устанавливается рядом с распределительным устройством здания, которое содержит разъемы, такие как кулачковые замки. Панель врезки также может содержать индикатор чередования фаз (для 3-фазных систем) и автоматический выключатель. Разъемы Camlock рассчитаны на 400 ампер до 480 вольт и используются с кабелем типа W 4/0, подключаемым к генератору. Конструкции панели врезки распространены между 200- и 3000-амперными приложениями.
Резервные электрогенераторы устанавливаются на постоянной основе и используются для немедленного обеспечения электроэнергией критических нагрузок во время временных перебоев в подаче электроэнергии. Больницы, установки связи, центры обработки данных, канализационные насосные станции и многие другие важные объекты оснащены резервными генераторами. Некоторые резервные генераторы могут автоматически определять потерю сетевого питания, запускать двигатель, работать на топливе из газопровода, определять, когда сетевое питание восстанавливается, а затем выключаться — без вмешательства человека. [5]
Частные генераторы особенно популярны в районах, где электроснабжение ненадежно или отсутствует. Генераторы, установленные на прицепе, можно отбуксировать в районы стихийных бедствий, где электроснабжение временно нарушено.
Ежегодно неправильно используемые переносные генераторы приводят к смерти от отравления угарным газом . [7] [8] Переносной генератор мощностью 5,5 кВт вырабатывает столько же угарного газа, сколько шесть автомобилей, и это количество может быстро достичь смертельного уровня, если генератор установлен в помещении. [9] [10] Использование переносных генераторов в гаражах или вблизи открытых окон или вентиляционных отверстий кондиционеров также может привести к отравлению угарным газом. [11]
Кроме того, важно предотвратить обратную подачу при использовании переносного генератора двигателя, который может нанести вред работникам коммунальных служб или людям в других зданиях. Перед включением дизельного или бензинового генератора пользователи должны убедиться, что главный выключатель находится в положении «выкл.», чтобы гарантировать, что электрический ток не изменит направление. [12] [7]
Вытяжка чрезвычайно горячих дымовых газов из генераторных установок может осуществляться с помощью заводских дымоходов с положительным давлением (сертифицированных по стандарту испытаний UL 103) или черной железной трубы общего назначения по графику 40. Рекомендуется использовать изоляцию для снижения температуры оболочки трубы и снижения чрезмерного притока тепла в механическое помещение. Также имеются клапаны сброса избыточного давления для сброса давления от возможных обратных ударов и поддержания целостности выхлопной трубы . [13]
{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )