Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Когда-то генераторы постоянного тока, преобразующие механическую энергию в электрическую, были единственными источниками электроэнергии. На сегодня чаще всего используются надежные трехфазные преобразователи переменного тока. Но в некоторых отраслях постоянный ток был регулярно востребован, поэтому устройства для выработки последнего неизменно совершенствовались.

Как работает

Функционирование генератора основывается на свойствах, которые следуют из известного закона электромагнитной индукции. Когда замкнутый контур разместить между полюсами магнита (постоянного), то в условиях вращения он будет проходить через магнитный поток.

Во время перехода вырабатывается электродвижущая сила, возрастающая при приближении к полюсу. В случае, если присоединить нагрузку, то образуется поток тока. Когда витки рамки будут выходить из области воздействия магнита, то ЭДС будет уменьшаться и достигнет нуля при горизонтальном положении рамки.

При дальнейшем вращении противолежащие контурные части изменят магнитную полярность.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Альтернатор постоянного тока

Значения ЭДС в активных обмотках контура вычисляются по формулах: е1= В I v sin wt, е2= — В I v sin wt, где I — длинна одной стороны рамки, В — магнитная индукция, v — скорость вращения (линейная) контура, t — время, wt — угол пересечения магнитного потока рамкой.

Направление тока меняется в период смены полюсов. Поскольку вращение коллектора происходит одновременно с рамой, то электроток на нагрузке имеет одинаковое направление. Такая схема лежит в основе выработки постоянного электричества. Суммарная ЭДС будет иметь следующий вид: е= 2В I v sin wt.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Принцип действия генератора

Такой ток почти непригоден для применения, поскольку присутствуют пульсации ЭДС. Последние надо уменьшать к допустимому уровню. Для этой цели применяют много магнитных полюсов, рамки заменяют якорями, у которых намного больше обмоток и коллекторов. К тому же, соединение обмоток выполняется разными методами.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Якорь

Ротор производится из стали. В пазы на сердечниках укладываются витки провода, которые составляют рабочую обмотку якоря. Проводники соединяют последовательно. Они образуют секции, создающие замкнутую цепь.

Интересно! Для процесса генерации неважно: вращаются обмотки контура или магнит. По этой причине роторы для маломощных альтернаторов изготавливают из постоянных магнитов, а переменный ток выпрямляют при помощи диодных мостов или иными схемами.

Узнать, из чего состоит генератор постоянного тока, поможет картинка 4.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Устройство машины постоянного тока

Установка состоит из главных узлов:

  • неподвижная часть — главные и дополнительные полюса, станина;
  • вращающаяся часть (якорь) — стальной сердечник, коллектор.

В процессе работы установки ток проводится сквозь обмотку и образуется магнитный поток полюсов. Специальные неподвижные щетки (из сплава графита) способствуют объединению обеих частей генератора в единую цепь.

Устройство и принцип действия генератора постоянного тока за долгий период применения остались прежними, несмотря на некоторые совершенствования.

Классификация

Существуют генераторы постоянного тока с независимым возбуждением обмоток, с самовозбуждением. Последние модели используют электричество, которое ими же вырабатывается. По способу объединения обмоток якорей альтернаторы делят на устройства с возбуждением следующих типов:

  • смешанным;
  • параллельным;
  • последовательным.

Схема генератора постоянного тока представлена на картинке 5.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Схемы альтернатора 

С параллельным возбуждением

Чтобы электроприборы работали в нормальном режиме, необходимо стабильное напряжение, которое не зависит от изменений в общей нагрузке. Эта проблема решается методом настройки параметров возбуждения.

В таких генераторах катушка подключена (через реостат) параллельно обмотке якоря. Реостат может замыкают обмотку. В противном случае при разъединении цепи возбуждения внезапно повысится ЭДС самоиндукции, что может повредить изоляционный материал.

В состоянии непродолжительного замыкания энергия превращается в тепловую, чем предотвращается разрушение устройства.

Электромашины с возбуждением такого вида не требуют внешнего источника питания. Самовозбуждение обмоток происходит под действием остаточного магнетизма в сердечнике магнита. Последние, для улучшения описанного процесса, производят из стали. Самовозбуждение длится до тех пор, пока ток не станет максимальным, а электродвижущая сила не покажет номинальное значение.

Преимущество вышеописанных электрогенераторов в том, что на них почти не влияют электротоки при коротком замыкании.

С независимым возбуждением

Источниками питания для обмоток нередко стают аккумуляторы или же иные устройства. В машинах с малой мощностью применяются постоянные магниты, обеспечивающие присутствие главного магнитного потока.

На валу альтернатора располагают микрогенератор (возбудитель), который вырабатывает электроток для возбуждения якорных обмоток. Для этой цели необходимо от 1 до 3 % номинального тока якоря.

Изменение электродвижущей силы выполняется регулирующим реостатом.

Достоинство: на возбуждающий ток не имеет воздействия напряжение на зажимах.

С последовательным возбуждением

Последовательными обмотками вырабатывается ток, который равняется электротоку альтернатора. В случае холостого хода отсутствует нагрузка, поэтому возбуждение нулевое. Это обозначает, что регулировочные свойства не существуют.

В агрегате с последовательным возбуждением почти нет тока, если ротор вращается на холостых оборотах. Чтобы запустить возбуждение, требуется подключение нагрузки к зажимам устройства. Явная связанность напряжения с нагрузкой считается огромным минусом последовательных обмоток. Подобные агрегаты используются лишь для питания электрических приборов, у которых нагрузка постоянная.

Со смешанным возбуждением

Самые лучшие свойства собраны в конструкции агрегатов со смешанным возбуждением. Особенность устройств в том, что они состоят из двух катушек:

  • основная — подключена параллельным способом к обмоткам якоря;
  • вспомогательная — подключена последовательным способом.

В цепи основной присутствует реостат, который регулирует ток возбуждения.

Процедура самовозбуждения генератора со смешанным типом такая же, как у агрегата с параллельными обмотками (в самовозбуждении не принимает участия последовательная обмотка, так как отсутствует исходный ток).

А свойства холостого хода идентичны характеристикам генератору с параллельной обмоткой. Такие особенности разрешают настраивать напряжение на зажимах устройства.

Технические параметры

Работа генератора определяется зависимостью между основными величинами, которые являются его главными характеристиками:

  • отношения между величинами на холостом ходу;
  • внешние параметры;
  • регулировочные значения.

Внешняя характеристика генератора постоянного тока крайне важна, так как раскрывает взаимосвязь напряжения и нагрузки. Она отображена на графике. Согласно последнего наблюдается незначительное уменьшение напряжения, но оно почти не зависит от нагрузочного тока (если сохраняется скорость оборотов двигателя).

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Внешняя характеристика ГПТ

В устройствах с параллельным возбуждением больше выражено влияние нагрузки на напряжение. Это объясняется уменьшением тока в обмотках. Чем выше ток нагрузки, тем быстрее будет уменьшаться напряжение на зажимах агрегата.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Свойства ГПТ с параллельным возбуждением

Если увеличить величину тока при последовательном возбуждении, то вырастет ЭДС. Но напряжение не достигнет высокого значения электродвижущей силы, так как часть энергии уйдет на потери от вихревых токов.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Свойства ГПТ с последовательным возбуждением

При достижении напряжением максимального значения и одновременным увеличением нагрузки, первое начинает стремительно снижаться в то время, как кривая электродвижущей силы продолжает подниматься. Это считается большим недостатком, ограничивающим использование генератора такого типа.

В устройствах со смешанным возбуждением предвиденные встречные подключения обеих катушек. Конечная сила при однонаправленном подключении равняется сумме векторов намагничивающих сил, при встречном — их разнице.

При равномерном увеличении нагрузки напряжение на зажимах почти не меняется. Оно будет расти лишь тогда, если число проводов последовательной обмотки превышает число витков, которое соответствует номинальному возбуждению якоря.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Свойства ГПТ со смешанным возбуждением

Генераторы со встречным включением применяются в том случае, если нужно ограничить токи короткого замыкания. К примеру, при подсоединении аппаратов для сварки.

КПД

Важной характеристикой генератора считается его КПД — соотношение полезной и полной мощности: η = P 2 / P1. При холостом ходе такое отношение равно нулю (η=0). При номинальных нагрузках КПД достигнет максимального значения. Мощные агрегаты имеют коэффициент полезного действия около 90 %.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

КПД

ЭДС

Электродвижущая сила (ее значение) пропорциональна магнитному потоку, числу проводников (активных) в обмотках, частоте вращения якоря. Если менять последние параметры, то можно легко управлять значением ЭДС. Последнее относится и к напряжению. Нужный результат достигается методом изменения частоты вращения якоря.

Мощность

Выделяют полезную и полную мощности устройства. При постоянной электродвижущей силе полная мощность находится в прямо пропорциональной зависимости от тока: P=EIa. Полезная, которая отдается в цепь, Р1=UI.

Реакция якоря

Если к альтернатору подключить внешнюю нагрузку, то электротоки его обмотки создадут магнитное поле. Тогда возникнет сопротивление полей якоря и статора.

Поле будет самым сильным в тех местах, где ротор приближается к магнитным полюсам, очень слабым — в точках максимального удаления. Ротор чувствует магнитное насыщение стальных катушечных сердечников.

Сила реакции напрямую зависит от насыщенности в проводах. В результате на пластинках коллекторов будет происходить искрение щеток.

Реакция ротора

Уменьшение реакции достигается при использовании восполняющих магнитных полюсов или передвижением щеток с линии оси.

Где используются

Еще совсем недавно генераторы постоянного тока устанавливались на транспорте для железных дорог. Но сейчас их вытесняют синхронные трехфазные устройства. Переменный ток синхронных агрегатов выпрямляют полупроводниковыми установками. Некоторые новые локомотивы используют асинхронные двигатели, которые работают на переменном токе.

Применение ГПТ

Такие же обстоятельства и с автогенераторами, которые постепенно замещают асинхронными устройствами с дальнейшим выпрямлением.

Сварочный генератор

Стоит заметить, что передвижное оборудование для сварки (имеющие автономное питание) обычно находится в паре с таким генератором. Отдельные отрасли промышленности продолжают применять мощные агрегаты описанного типа.

Источник: https://rusenergetics.ru/oborudovanie/generator-postoyannogo-toka

Сферы применения, плюсы и минусы дизельных генераторов постоянного тока

Огромный рынок производителей дизельных электростанций подчас существенно затрудняет выбор.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока
Главное, на что должен обращать внимание покупатель:

  • гарантийный срок, ремонтопригодность, доступность запасных частей;
  • стоимость текущего обслуживания агрегата;
  • заявленный производителем моторесурс (время от ввода генератора в эксплуатацию до первого планового техобслуживания).

Достоинства и недостатки

  • Общепризнанными преимуществами генераторов этого вида считаются:
  • способность бесперебойно функционировать в экстремальных климатических при большой разнице температур;
  • повышенная производительность;
  • экономное потребление горючего;
  • возможность интенсивно эксплуатировать агрегат;
  • способность оборудования решать самые разные задачи независимо от класса и уровня, благодаря разной мощности;
  • генератор заводской сборки не нуждается в дополнительных пуско-наладочных работах.

При таком большом перечне достоинств, недостатки у таких установок практически незаметные:

  • высокая цена (в сравнении с бензиновыми моделями);
  • значительные габариты.

Поскольку данные генераторы приобретаются для постоянной работы, они окупают себя довольно быстро, в среднем, за год.

Сферы применения

Благодаря конструктивным особенностям, электрогенератор дизельный применяется в самых суровых условиях. Так, их устанавливают: на поезда, морские суда, в больничные, торговые, офисные комплексы, складские помещения. Агрегаты успешно работают в промышленности, аграрных хозяйствах, нефте- и газодобывающих компаниях.

Кроме того, как вспомогательные или постоянные источники электроэнергии, генераторы работают:

  • зарядными устройствами для электротранспорта;
  • обеспечивают электричеством телевизионные системы;
  • в военной промышленности, на полигонах;
  • в гибридных энергосистемах.

Словом, такими агрегатами пользуются там, где основную роль играет надежность оборудования, которое вырабатывает ток.

Применение в быту

Маломощными дизельными электростанциями с успехом пользуются в домашних условиях в случаях, если электричество к коттеджу еще не подведено или происходят постоянные аварийные ситуации. В отличие от промышленных устройств, где основное внимание обращают на мощность, при выборе бытового агрегата на передний план выходит низкий уровень шума.

Генератор можно устанавливать в отдельном строении (под навесом) недалеко от дома или непосредственно в жилом здании в специально оборудованном мощной вытяжкой помещении. Вне зависимости от того, стоит ли агрегат в доме или на улице (контейнерная модель), площадка под ним должна быть выровнена и забетонирована.

Постарайтесь, чтобы шум и выхлопные газы работающего устройства не мешали соседям. Если планируется установить генератор дома, убедитесь, что его площадь достаточна: вокруг агрегата должен быть проход шириной 1 метр.

Что делает строительная компания Плюсы и минусы генератора постоянного тока В данной статье рассматривается основной перечень услуг подрядных организаций и рассказывается о приоритетах работы с профессиональными специалистами. Подробнее
Чем разбавить загустевшую олифу? Плюсы и минусы генератора постоянного тока Чтобы правильно развести олифу, необходимо лишь знать ее виды и свойства. Зная все это, Вы сможете с легкостью подобрать один из существующих разбавителей. Более подробно о ней и ее разбавлении Вы узнаете из написанной статьи. Подробнее
Обзор снегоуборочной техники Плюсы и минусы генератора постоянного тока Российской зимы без обильных снегопадов не бывает. Для очистки от снега приусадебных участков, спортивных площадок, дворов, тротуаров все чаще используется специальная техника — снегоуборщики Подробнее
Самостоятельный ремонт ламината Плюсы и минусы генератора постоянного тока Как отремонтировать дефекты и царапины на ламинате. Как ламинат правильно очищать от загрязнений. Статья о возможных повреждениях пола из ламината и доступных каждому методах ремонта… Подробнее
Оформляем новостройку в арабском стиле Плюсы и минусы генератора постоянного тока К выбору стиля нужно подходить осознанно, и если решили кого-то удивить, но при этом не пожертвовать своим комфортом, советуем обратиться к роскошному арабскому стилю… Подробнее
Скважинные насосы от производителей из Европы Плюсы и минусы генератора постоянного тока Независимо от того для каких целей скважину необходимо сделать, для подачи воды из недр используют скважинные насосы. От сроков службы и качества этих механизмов зависит бесперебойность водоснабжения и автономность подачи ее в дома… Подробнее
Правильный уход за Алламандой Плюсы и минусы генератора постоянного тока Алламанда – вечнозеленая и быстрорастущая лиана, которая привлекает своим видом настоящих ценителей экзотической красоты в доме… Подробнее
Монолитный дом Плюсы и минусы генератора постоянного тока Монолитная технология возведения гражданских и промышленных объектов – самый распространённый вид строительства в наше время… Подробнее
Гардеробные комнаты Еще совсем недавно оставалось мечтать о личное гардеробной комнате. Такую роскошь можно было увидеть только в американских квартирах. Но мир не стоит на месте и такую роскошь теперь может позволить себе каждый желающий… Подробнее
Грамотный подбор ковра Хороший ковер способен создать, в жилище, непередаваемую энергетику уюта. К тому же он способствует звуко- и теплоизоляции пола… Подробнее
Читайте также:  Стоит ли поступать и учиться на нефтегазовое дело

Источник: http://stroimasterskaya.ru/articles/2692

Постоянный и переменный ток: преимущества и недостатки ⋆ diodov.net

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Плюсы и минусы генератора постоянного токаКакой электрический ток лучше: постоянный или переменный ток? Чтобы дать ответ на данный вопрос нужно оценить их преимущества и недостатки по следующим основным направлениям: выработка, передача, распределение и потребление электроэнергии. Проще говоря, нужно ответить на следующие вопросы. Какой род тока проще и дешевле получить, затем передать его на большое расстояние, после чего распределить электроэнергию между потребителями. Потребители какого рода энергии более эффективны?

Сегодня преимущественное большинство электрической энергии, добываемой или генерируемой в мире, выпадет на переменный ток. И в первую очередь это связано с тем, что переменный ток проще преобразовывать из более низкого напряжения в более высокое и наоборот, то есть он проще в трансформации.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Место производство электрической энергии большой мощности, к сожалению пока что невозможно базировать в тех местах, где хотелось бы, то есть непосредственно рядом с потребителями.

Например, мощную гидроэлектростанцию можно соорудить только на полноводной реке и то не в каждом месте. А конечный потребитель может находиться на расстоянии сотни и тысячи километров от электростанции.

Поэтому очень важно обеспечить такие условия, чтобы минимизировать потери мощности в проводах линии электропередачи ЛЭП. В этом случае потери электроэнергии снижаются с ростом напряжения. Давайте остановимся на этом более подробно.

Предположим, имеется некая электростанция, а точнее ее генератор, выдающий мощность 1000 кВт и нам необходимо передать эту мощность потребителю, который находится на расстоянии, например на 100 км от генератора.

Для сравнения электрическую энергию будем передавать напряжением 10 кВ и 100 кВ. При заданных мощности и напряжениях определим величины токов, протекающих в проводах.

  • I1 = P/U1 = 1000 кВт/10 кВ = 100 А.
  • I2 = P/U2 = 1000 кВт/100 кВ = 10 А.
  • Как мы видим, при увеличении напряжения в 10 раз, ток снижается тоже в 10 раз.

Потери электроэнергии в проводах ЛЭП и не только в них определяются квадратом тока, протекающего в них и сопротивлением самого провода. Для простоты расчет примем сопротивление проводов, равным 10 Ом. Подсчитаем потери мощности для обоих случаев.

Pпот1 = I12∙R = 1002∙10 = 100000 Вт = 100 кВт.

Pпот2 = I22∙R = 102∙10 = 1000 Вт = 1 кВт.

Теперь, как мы видим, с ростом напряжения в 10 раз потери электроэнергии снижаются в 100 раз! При более низком напряжении доля потерь в проводах составляет 10 % от мощности, выдаваемой генератором.

А при более высоком напряжении эта доля составляет всего 0,1 %. Поэтому очень важным параметров сравнения родов тока является возможность повышать напряжение, а затем его снижать в конечных пунктах.

Можно было бы и не повышать напряжение, а для снижения потерь применять более толстые провода, но такой подход экономически не оправдан, поскольку медные провода стоят денег.

Также можно было бы и не повышать напряжение генератора, а создать такой генератор, который сразу бы выдавал высокое напряжения. Но здесь возникают сложности при изготовлении таких генераторов. Сложности связаны в основном с изоляцией высоковольтных элементов генератора. Короче говоря, изготовить трансформатор на высокое напряжение гораздо проще и дешевле, нежели генератор.

Преимущества переменного тока

Вопрос повышения и снижения переменного напряжения при нынешнем уровне технического развития решается гораздо проще, чем постоянного электрического тока.

Такие преобразования довольно просто выполняются с помощью относительно простого устройства – трансформатора. Трансформатор обладает высоким коэффициентом полезного действия, который достигает 99 %.

Это значит, что не более одного процента мощности теряется при повышении или снижении напряжения.

К тому же трансформатор позволяет развязать высокое напряжение с более низким, что для большинства электроустановок является очень весомым аргументом.

Применение трехфазной системы переменного тока позволяет еще больше повысить эффективность системы электроснабжения. Для передачи электричества аналогичной мощности потребуется меньше проводов, чем при однофазном переменном токе. К тому же трехфазный трансформатор меньше габаритов однофазного трансформатора равной мощности.

Электрические машины переменного тока, в частности асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют гораздо проще конструкцию, чем двигатели постоянного тока.

Главным преимуществом трехфазных асинхронных двигателей является отсутствие коллекторно-щеточного узла. Благодаря чему снижаются расходы на изготовление и эксплуатацию таких электрических машин.

Кроме того за счет отсутствия коллекторно-щеточного узла асинхронные двигатели имеют в разы большую мощность по сравнению с двигателями постоянного тока.

Недостатки постоянного тока

Из выше изложенного следуют такие недостатки.

  1. Сложность повышения и снижения напряжения, то есть преобразования электроэнергии постоянного тока. В первую очередь это вызвано сложность конструкций преобразователей. Поскольку необходимы мощные полупроводниковые ключи, рассчитанные на высокое напряжение. Отсутствие которых приводит к большому числу последовательно и параллельно соединенных полупроводниковых приборов. В результате снижается надежность всего преобразователя, увеличивается стоимость и возрастают потери мощности.
  2. Электрические машины имеют более сложную конструкцию, поэтому менее надежны и более затратные, как в производстве, так и в эксплуатации.
  3. Сложности в развязке высокого и низкого напряжений.

Недостатки переменного тока

  1. Важнейшим недостатком переменного тока является наличие реактивной мощности. Как известно, конденсатор и катушка индуктивности проявляют свои реактивные свойства только в цепях переменного тока.

    Проще говоря, катушка и конденсатор создают реактивное сопротивление переменному току, но не потребляю его.

    В результате этого из полной мощности, отдаваемой генератором переменного тока, часть мощности не затрачивается на выполнение полезной работы, а лишь бесполезно циркулирует межу генератором и нагрузкой. Такая мощность называется реактивной и является вредной.

    Поэтому ее стараются минимизировать.

Однако большинство нагрузок – двигатели, трансформаторы и сами провода являются индуктивными элементами. А чем больше индуктивность, тем большую долю составляет реактивная мощность от полной и с этим нужно бороться.

  1. Второй главный недостаток переменного тока заключается в том, что он протекает не по всему сечению проводника, а вытесняется ближе к его поверхности. В результате снижается площадь, по которой протекает электрический ток, что в свою очередь приводит к увеличению сопротивления проводника и к росту потерь мощности в нем.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Чем выше частота, тем сильнее вытесняется ток к поверхности проводника и в конечном счете, тем выше потери мощности.

Преимущества постоянного тока

  1. Главное преимущество электрической энергии постоянного тока – это отсутствие реактивной мощности. А это значит, что вся мощность, выработанная генератором, потребляется нагрузкой за вычетом потерь в проводах.

  2. Постоянный ток в отличие от переменного протекает по всему сечению проводника.

Указанные два пункта приводят к тому, что если передавать одну и ту же мощность при равных напряжениях постоянным и переменным токами, то потери мощности электроэнергии постоянным током были бы почти в два раза меньше, чем при переменном токе.

К тому же, если рассматривать такие бытовые электронные устройства как ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. п., то все они имеют блоки питания, преобразующие переменное напряжение 220 В (230 В) в постоянное напряжение более низкой величины. А такие преобразования связаны с частичной потерей мощности.

Плюсы и минусы генератора постоянного токаКроме того, как было сказано ранее, трехфазный асинхронный двигатель (АД) можно подключить напрямую к сети 380 В, что вполне оправдано в том случае, когда не требуется изменять режим работы двигателя. Но если необходимо изменять частоту вращения его вала, то нужно на обмотки статора подавать напряжение, частота и амплитуда которого должны изменяться пропорционально, согласно закону Костенка. Для этого применяют трехфазные автономные инверторы (АИ), чаще всего инверторы напряжения. Такие инверторы должны получать питание от источника постоянного напряжения.

Плюсы и минусы генератора постоянного токаТакже следует заметить, что последним временем начали очень широко применяться солнечные батареи, которые вырабатывают постоянный ток. К тому же, значительно возросла мощность аккумуляторных батарей и повысилась емкость суперконденсаторов, которые также относятся к источникам постоянного тока и с каждым днем находят все большее практическое применение.

Выводы: постоянный или переменный ток

Несмотря на все преимущества постоянного тока, значительная сложность, вызванная преобразованием больших мощностей, главным образом сказывается сложность повышения и понижения постоянного напряжения, сводит на нет указанные выше преимущества.

Поэтому, до тех пор, пока не будут разработаны полупроводниковые ключи огромной мощности и соответствующие преобразователи на их основе, переменный ток остается вне конкуренции.

К тому же сейчас уже применяются четырехквадрантные преобразователи или активные выпрямители, позволяющие скомпенсировать реактивную составляющую нагрузки, что позволяет получить коэффициент мощности, равный почти единице. Благодаря чему исключается потребление реактивной мощности.

Как вы видите, однозначного ответа на вопрос, какой ток лучше: постоянный или переменный, не существует. Следует сравнивать все преимущества и недостатки для конкретного случая.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Источник: https://diodov.net/postoyannyj-i-peremennyj-tok-preimushhestva-i-nedostatki/

Сравнение различных генераторов для домашних ветроэлектростанций

Правильный подбор генератора – нормальная и эффективная работа ветроэлектростанции. В этой статье мы сравним несколько различных типов генераторов, которые могут применяться для ветроэлектростанций.

Автомобильный генератор переменного тока

К достоинствам данного генератора можно отнести его относительную дешевизну, распространенность (легко найти), а также то, что он не нуждается в переделках.

К недостаткам можно отнести такие вещи как – большая скорость вращения, для применения в ветряках требуется повышающие зубчатые передачи или шкивы. Необходим периодический осмотр токосъёмника и его техническое обслуживание. Также такой генератор выдает небольшую мощность.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Как отмечалось ранее, одним из главных недостатков автомобильных генераторов применительно в ветроэлектростанциям являются их высокие обороты, и, соответственно, для применения их к ветрякам необходимы повышающие звенья (редукторы и шкивы). Номинальные обороты автомобильных генераторов примерно 3000 об/мин. Наличие дополнительных повышающих обороты ветряка механизмов увеличивает потери энергии системы.

Также автомобильный генератор имеет электромагнитное возбуждение, что означает, что для того, чтобы получить электрический ток необходимо запитать обмотку возбуждения от внешнего источника. Это усложняет систему и снижает ее эффективность, но упрощает регулирование выходного напряжения, так как магнитный поток можно изменять путем регулирования тока возбуждения.

Также щетки и токосъёмники  имеют тенденцию к изнашиванию, что приводит к необходимости периодически проводить осмотр этих элементов и при необходимости менять. Но также можно перемотать генератор на более низкие обороты. Это производят путем замены витков статора на более частые витки из более тонкой легированной стали.

Самодельный генератор с постоянными магнитами

  • Плюсом такой установки будет ее эффективность, крепкая конструкция, низкая стоимость, получения большой мощности.
  • Минусом будет то, что это довольно сложный трудоемкий проект, требующий выполнения работ на токарном станке.
  • Но применимость к ветроэлектростанции таких установок довольно хорошая.

Самодельный генератор с постоянными магнитами, как показали эксперименты, наиболее экономичен и выгоден для ветрогенераторов.

Он вполне приемлемо работает на низких скоростях, а на высоких скоростях вращения способен выдавать большую мощность.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Поскольку вырабатывается переменный ток, то необходим выпрямитель, для преобразования переменного тока в постоянный для зарядки батарей.

Наилучшие показатели у трехфазных генераторов. Однако их построение сложнее чем однофазных. Поэтому при проектировании следует решить, сможете ли вы создать трехфазную систему или все-таки ограничитесь однофазной.

Для ветряка с диаметром в 2 метра такая электроустановка может выдать более 60 А в 12-вольтную батарея, а это не много не мало 700 Вт. На пике мощности ток может достигать 100 А. Пока такое решение является наиболее эффективным.

Конверсионный асинхронный генератор переменного тока

  1. Плюсы – легко можно приобрести, относительно дешевый, хорошо работает на низких оборотах, сравнительно не сложно переоборудовать.
  2. Недостатки – большое внутреннее сопротивление, имеет малую эффективность на высоких скоростях вращения, а также для переоборудования необходимо выполнять работы на токарном станке.

  3. Имеет среднюю пригодность к применению в ветроэлектростанциях.
  4. Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Обычный асинхронный электродвигатель вполне возможно переоборудовать в генератор с постоянными магнитами. Эксперименты показывают, что после переделок данная электроустановка имеет довольно хорошие показатели при работе на низких скоростях, и гораздо худшие при работе на высоких скоростях.

Поскольку асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет в роторе обмотку для работы в двигательном режиме, то для переоборудования его необходимо эту обмотку удалить, и вместо нее установить постоянные магниты, превратив таким образом асинхронный электродвигатель в генератор с постоянными магнитами.

На практика такая установка способна выдавать 10-20 А. При  увеличении скорости вращения такой установки ток возрастет незначительно, а остальная мощность будет тратиться на нагрев обмоток электрической машины. Обмотка асинхронных машин малой мощности выполнена тонкой обмоткой и не поддерживает большой ток. Например, для того же ветряка с диаметром в 2 метра пиковый ток не превысит 25 А.

Если вам не нужна большая сила тока при высоких скоростях, то асинхронный двигатель вполне неплохое решение. Желательно выбирать трехфазный электродвигатель, для снижения пульсаций в цепи постоянного тока, в который преобразуется переменный с генератора с помощью выпрямителя.

Генератор постоянного тока

  • Плюсы – довольно прост, нет необходимости в доработках, некоторые модели вполне могут работать на низких оборотах.
  • Минусы – прихотлив в обслуживании, трудно подобрать необходимой мощности.
  • Слабо пригоден для ветроэлектростанций.
  • Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Кажется логичным – генератор постоянного тока не требует выпрямителя, так как вырабатывает постоянный ток. На само деле, это не совсем так. В нем присутствуют щетки коллекторные, которые необходимо постоянно осматривать, также периодически необходимо чистить сам коллектор. При перегрузках коллектор может подгорать. Также при замене щеток их необходимо правильно подобрать и выставить. При использовании электроустановок переменного тока эти процессы отсутствуют.

При использовании электроустановок постоянного тока они могут выдавать мощность порядка 100-200 Вт, что вполне нормально для небольшого ветряка с высотой 1-2 метра.

Выбор места установки ветродвигателя

Лучшим местом для установки ветроэлектростанции, как вы уже наверно догадались, являются участки с минимальной затеняемостью ветра большими деревьями, а также постройками, минимальное расстояние к которым не должно быть меньше чем 25-30 метров. Высота ветроэлектростанции должна превышать высоту близлежащих строений на 3-5 метров. По линии наиболее частого направления ветра деревьев быть не должно.

Источник: https://elenergi.ru/sravnenie-razlichnyx-generatorov-dlya-domashnix-vetroelektrostancij.html

Переменный ток против постоянного

На первый взгляд вопрос странный.
Однако, как только мы начнем внедрять электрические генераторы, этот вопрос всплывет.

  • И, как оказывается, однозначного ответа не него нет.
  • Поэтому давайте сравним плюсы и минусы, а начнем с рассмотрения ситуации, которая происходила в реальности — с мини-войны Эдисона и Вестингауза…

Все началось с того, что в 1879 году Эдисон получил патент на лампочку. То есть — на лампу накаливания с углеродной нитью. Это была не первая лампочка накаливания, идея висела в воздухе. Но это была первая лампочка, которая годилась к массовому производству — это был не макет, а готовая к внедрению модель.

Весь смысл изобретения в том, что до электролампочки электричество в быту было не нужно. Сейчас у нас куча кухонных комбайнов, стиральных машин и пылесосов. Тогда с этими задачами справлялась служанка (и что-то мне подсказывает, что готовила она лучше Moulinex`а в моих руках).

До холодильников и радиоприемников дело еще не дошло, а все остальные применения были промышленными. Даже бытовой электромеханический вибратор был запатентован в 1880 году (на следующий год после изобретения лампочки, и является одним из первых бытовых электрических приборов).

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Он был первый и всё, на первый взгляд, было в шоколаде.

Однако, случилось непредвиденное.
Тесла придумал генератор переменного тока и за космическую сумму в 1 млн долларов продал пакет из 40 изобретений по оборудованию переменного тока в компанию Westinghouse Electric. Это произошло в 1888 году, а с 1890 года компания Эдисона почувствовала жесткую конкуренцию.

Борьба была нешуточная.
И велась она, как ни странно, не в технической области (тогда это все было слишком ново и мало кто понимал разницу), а именно в области PR. Эдисон доказывал не эффективность использования постоянного тока, а именно то, что понимал обыватель — что постоянный ток для здоровья куда менее опасен, чем переменный.

Сотрудники Эдисона ездили по городам и публично демонстрировали, как переменный ток убивает бродячих животных. Апофеозом оказался слон, который затоптал пятерых в Нью-Йорке и владелец которого решил избавиться от животного. Слон был убит переменным током, это было снято на кинопленку и в дальнейшем демонстрировалось как учебный фильм.

Желающие могут найти это видео в википедии — слониху звали Топси, ей в 2003 году зачем-то поставили памятник.

Однако, так случилось, что Эдисон сам себя перехитрил.
В то время приговоренных к смерти преступников казнили через повешение. Надо сказать, не самый эстетичный вид казни, а тут — эпоха просвещения, электрическое освещение, монгольфьеры летают, Жюль Верн книги пишет — и казнь через повешение. Как-то не комильфо.

Но почему-то, вместо использования обкатанной технологии гильотины, специально созданный комитет по обновлению методов казни обратился к Эдисону.

Эдисон сначала отказался с ними сотрудничать — его наука таким не занимается.
Но потом ему пришла «гениальная» идея. Он посоветовал использовать для казни переменный ток конкурента — чтобы этого конкурента очернить. Все-таки одно дело упокоенный слон, а другое дело — казнь преступников.

Первый электрический стул сделали в 1890-м, но первая же казнь оказалась ужасной. Приговоренный к смерти отказывался умирать. Его в общей сложности долбали током 9 минут и скорее зажарили электричеством, чем убили.

В общем, казнь получилась жуткая, куда страшнее чем ему бы просто отрубили голову. То есть вроде бы все произошло очень удачно с точки зрения Эдисона.
Однако, Эдисон не рассчитал общественное мнение. Авторитет Эдисона в области электричества в то время был непререкаем.

И люди забыли, что казнь проводилась методами конкурента Эдисона, важно было лишь то, что посоветовал это Эдисон. То есть виновником такой казни оказались совсем не конкуренты, чей переменный ток использовался.

И люди отвернулись от Эдисона, в прессе много писали против него и в результате — в электрической розетке мы все сейчас имеем переменный ток.

Плюсы и минусы генератора постоянного тока

Давайте это выясним.
Просто сведем плюсы постоянного тока и переменного.

Итак, ПЛЮСЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

1. Некоторые электрические приборы (например, радио или электролитическая ванна) должны питаться постоянным током. И в начальных условиях будут важны именно устройства с питанием от постоянного тока — попаданцу нужна гальваника.

В случае постоянной сети мы его и так имеем, нам не нужен выпрямитель, который в древности сделать либо очень сложно, либо вообще нельзя. Особенно весело с силовыми выпрямителями, рассчитанными на большие токи-напряжения.

Вообще механические выпрямители — это жесть! Но и ртутные выпрямители (игнитроны) тоже не подарок.

2. Аккумуляторы заряжаются постоянным током. Никакого геморроя с выпрямителями.

3. Простое согласование потребителей постоянного тока. В переменном токе есть такой параметр, как «косинус фи» (power factor — PF). Он определяет согласованность между активной и реактивной мощностью, то есть между фазами тока и напряжения.

Если у вас мощная нагрузка в сети переменного тока (например, станочный парк в цехе), то она при некоторых условиях может вызвать рассогласованность в фазах. А это ведет к проблемам на генераторах переменного тока, ну и в нашей стране за такое рассогласование просто штрафуют.

У постоянного тока такое может возникать разве только при переходных процессах и во внимание не берется.

4. Самые простые вольтметры и амперметры — магнитоэлектрические, но они не в состоянии измерить параметры в сетях переменного тока. Поэтому приходится использовать другие схемы, часто не такие точные и надежные. Когда изобрели переменный ток, то его измерение было большой проблемой.

Скорее всего приборы для переменного тока и для попаданца окажутся головной болью. И не надо забывать, что главным прибором, запущенным в массовое производство, будет не вольтметр (потребность в которых единицы экземпляров), а электрический счетчик. Без счетчика никакой продажи электроэнергии не будет.

5. Расчет электродвигателя постоянного тока со щетками очень прост. Скорость вращение регулируется просто напряжением без всяких проблем, главное чтобы в разнос не пошел.

6. Линии электропередач на постоянном токе очень перспективны, они позволяют передавать электричество на большие расстояния с минимальными потерями. Однако, тут есть своя ложка дегтя — напряжения должны быть очень высокими, польза будет от ЛЭП постоянного тока напряжением в 500 киловольт и выше.

А так как и генераторы и потребители сейчас все используют переменный ток, то такие линии оказываются задачей очень сложной. Как вам выпрямитель на пол-миллиона вольт? А если он тиристорный, да на 800 киловольт, да на мощность 8 ГВт? Это же просто эпическое устройство!
Естественно, таких линий на нашей планете мало, можно пересчитать на пальцах.

И хотя этим преимуществом постоянного тока попаданец воспользоваться не сможет, это все равно преимущество.

7. В некоторых случаях — метро или трамвай, можно ограничиться одним силовым проводом. Вторым проводом являются рельсы, на которых нет напряжения, это просто «земля», безопасная для пользователя. В случае с переменным током такой финт не проходит.

ПЛЮСЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1. На короткие дистанции переменный ток передавать проще. Много-много проще и с куда меньшими потерями.
Именно этим в основном, и определяется то, что пользователи ушли от постоянного тока Эдисона.

Эдисон раздавал 110В, но у него не получалось раздать дальше, чем 2.6 км от электростанции.

С переменным током это решается просто — понижающими подстанциями, но на постоянный ток трансформатор не поставить, а вводить в квартиру вольт 600 может оказаться опаснее гильотины на кухне.

2. Генератор переменного тока конструктивно проще.

Если правильно подойти, его несложно сделать бесколлекторным и асинхронным с самовозбуждением, когда не нужны щетки и постоянные магниты (а мощный магнит — больное место в древности).

Особенно хорошо получаются трехфазные генераторы. Собственно, я даже не знаю, существуют ли сейчас генераторы со щетками и постоянными магнитами.

3. Соответственно, и электродвигатели проще. Классический асинхронный электродвигатель не имеет щеток и магнитов.

Сейчас еще очень много электродвигателей с коллекторами — но это потому, что щетки сейчас сделать несложно, для них применяется специальный сплав с графитом. Я очень сомневаюсь, что это так же легко сделать в древности.

Сейчас существуют коллекторные двигатели, которые схемотехнически переключаются между постоянным и переменным током, но я не знаю, какому току записать это в плюс.

4. Обороты электродвигателей переменного тока привязаны к частоте. Изменением напряжения можно изменять обороты только у маломощных двигателей, да и то в узких пределах (за счет скольжения магнитного поля), но при этом двигатель начинает греться.

Чтобы изменить количество оборотов, нужно менять частоту переменного тока. Из-за такой конструкции расчет асинхронного двигателя — то еще развлечение. Но для многих применений стабильность оборотов — это благо, это может оказаться ценнее всех остальных свойств.

5. Имея переменный ток, очень просто поучить из него требуемое напряжение — как повышенное, так и пониженное с помощью простейшего трансфрматора.

В сетях постоянного тока понижение напряжения связано с потерями, а повышение… гм, я даже не знаю, как простыми методами, годными для древности, повысить постоянное напряжение.
Скажу больше — это просто катастрофический недостаток для постоянного тока.

Именно это тормозило развитие сети постоянного тока больше, чем что-либо еще (про подстанции я уже писал).

6. С точки зрения пользователя, у переменного тока нет полярности. Конечно, кое-какая разница между проводами есть, но не для пользователя. Для него подключение электроаппаратуры выглядит очень простым. Да и для электрика тоже.

Итак.
Какой тут может быть вывод?

ИМХО, если у попаданца основной задачей является гальваника (а это вполне может случиться) и электростанция рядом с производственными помещениями, то его выбор — постоянный ток. Лампам накаливания все равно чем питаться, а если и понадобиться электродвигатель — то маломощный можно будет сделать для постоянного тока.

Однако, если попаданец решит ввести искусственное освещение в городе, то это без вариантов переменный ток со всей инфраструктурой — понижающими подстанциями, электрическими счетчиками и прочим.

P.S. Я, скорее всего, что-то упустил. Просьба дополнять.

Источник: http://www.popadancev.net/peremennyj-tok-protiv-postoyannogo/

Выбор генератора для дачи

Новые технологии далеко шагнули вперед. Если раньше свой собственный дом можно было отапливать только печью, то теперь давно существуют отопительные котлы, а водопровод, канализация и подогрев воды — это обычное дело.

Загородный дом можно оснастить всем спектром домашней бытовой техники по последнему слову инженерии. Однако,  точно так же, как и в квартирах, питаться вся эта радость будет от сети переменного тока, а значит, любое отключение электроэнергии будет парализовать работу всего.

Можно ли как то избежать подобных неприятностей? Ведь все мы привыкли к благам цивилизации и не очень любим отказываться от хорошего. Оказывается можно. Существует еще одно благо инженерной мысли – генератор.

Именно он способен дать вам почувствовать себя автономными от общих электрических сетей. Поэтому поговорим о том, как выбрать генератор на дачу.

Генератор на дачу

Существует четыре вида генераторов:

  1. Генераторы, работающие на бензине;
  2. Генераторы, работающие на дизельном топливе;
  3. Генераторы, работающие на газу;
  4. Генераторы инверторные.

Чтобы понять, в чем их основное отличие, достаточно понимать, что все эти типы работают на различных видах топлива.

Внутренне устройство генератора вряд ли интересно обычному пользователю, а описание не внесет большей ясности. Все, с чем необходимо однозначно ознакомиться покупателю – это мощность агрегата.

Выбор изделия будет производиться по одному критерию – какая мощность сможет удовлетворить все необходимые электрические затраты.

Существует четыре вида генераторов

Чтобы понимать, какие затраты электроэнергии несет ваше жилище, нужно знать что какие конкретно приборы пользуют сеть переменного тока и сколько именно киловатт они съедают. Общая сумма потребления будет как раз равна необходимой мощности генератора.

Когда потребляемая мощность не ясна, нужно заглянуть в техническую документацию на прибор, там всегда указывают такие данные.

Самым лучшим выбором считается генератор, который сможет обеспечить током дом, работая при этом на 80% от своей мощности. Часто потребители стремятся приобрести самый мощный, из доступных им, генератор, однако, это не самая правильная покупка. При таком раскладе уже сам генератор не будет работать экономно.

Когда сеть трехфазная, однофазный генератор не сможет нормально функционировать. В таких ситуациях необходимо перераспределять нагрузку на прибор, чтобы он обеспечивал работу определенных электроприборов.

Определяем необходимую мощность

Даже в наши дни можно встретить деревни и поселки, где электрическую развязку еще не провели.

Бывает и так, что сам дом просто не соединен с линией электропередач, а значит, генератор будет обеспечивать работу абсолютно всех приборов в доме.

В данной ситуации самым лучшим выбором станет генератор, работающий на дизельном топливе. Этот генератор принадлежит к самой дорогой категории таких приборов.

Когда дом присоединен к линии газопровода, имеет смысл посмотреть на газовый генератор. Для такого генератора лучше построить отдельное помещение.

Для праильной постройки стоит подобрать правильные стройматериалы: кирпич, шифер, металлопрокат цены на который зависят от длины и толщины изделия. Используя металлическую арматуру, можно укрепить пол и сделать хорошее основание для будущей постройки.

Конечно можно выделить и отдельное помещение уже в доме, но тогда лучше выделить самую дальнюю комнату.

Если основной причиной покупки генератора становиться проблемная подача тока на дом или район, то самым лучшим выбором может стать генератор, работающий на бензине. Основные плюсы последнего: демократичная цена, компактность, простота в использовании.

Еще одним генератором, идеально подходящим под проблемное электрообеспечение, является инверторный генератор. Этот тип генератора работает по другому принципу, нежели все вышеперечисленные.

Инверторный генератор

Функциональные особенности инверторного генератора: работает от топлива (бензин, дизельное топливо), легкий, экономичный. Принцип роботы: на начальном этапе генератор преобразовывает переменный ток на постоянный, далее, после стабилизации последнего, происходит процесс, обратный описанному.

Генератор оснащен электроникой и автоматикой, позволяющей ему самостоятельно регулировать выработку электричества и уменьшать нагрузку, вследствие увеличения напряжения в сети постоянного тока, либо по мере отключения работающих приборов.

Все эти возможности позволяют назвать инверторный генератор самым экономичным генератором среди всех существующих.

Не дорогие, простые в управлении, однако топливо для них дорогое.

  • Минусы: способны обеспечить электричеством только осветительные приборы и маломощную технику.
  • Плюсы: малогабаритные, легкие.
  • Бензиновый генератор

Минусы: большие размеры агрегата, расходуют много топлива.

Плюсы: мощные, обеспечивают всей необходимой мощностью.

  1. Плюсы: обладают высоким КПД, надежные, могут работать долгое время без добавления топлива.
  2. Минусы: большие размеры прибора, дорогая цена закупки.
  3. Дизельная установка
  • Плюсы: малошумные, обладают высоким КПД, работают на дешевом топливе, без дозаправки работает дольше всех.
  • Минусы: дом обязательно должен быть подключен к линии газохода.
  • Газовый генератор

Функция автоматического включения генератора очень важна, именно она отвечает за работу необходимых приборов в ваше отсутствие.

Такой агрегат, как холодильник, должен работать постоянно, чтобы продукты в нем не пропали. Отопительная система не должна замерзнуть, иначе разорвутся трубы.

Именно за работу подобных агрегатов отвечает генератор в случае отключения электроэнергии без присутствия хозяев в доме.

Еще одной немаловажной функцией должен обладать генератор – максимально долгой работой без дозаправки.

Суть проблемы та же: когда хозяева не присутствуют в доме постоянно, генератор должен работать максимально долго. Как известно самым долгим считается газовый.

  Для ознакомления с максимально возможным временем работы без дозаправки других генераторов можно прочесть  их техническую документацию.

Система автоматического включения генератора

Два первых типа генераторов работают достаточно шумно. Когда речь идет о длительной работе прибора лучше обратить внимание на другой тип. В документации уровень производимого шума должен быть написан и не должен превышать 74 дБ. В противном же случае, работающий прибор, будет изрядно напрягать жильцов и даже может привести к проблемам со слухом, особенно при постоянном близком контакте. 

Важно запомнить, что генераторы, работающие на низких оборотах, имеют меньший уровень шумности. Стоит отметить, что данная характеристика также влияет и на цену, только в увеличительную сторону.

Видео повыбору генератора для дома и дачи

Также цена прибора повышается с наличием других функций и возможностей. Самое главное, при выборе генератора, правильно оценить все необходимые именно вам качества, которые должны удовлетворять все потребности.

Правильная постановка задачи для оборудования поможет вам понять, справиться ли с ней конкретный тип прибора, хватит ли ему мощности, сколько он сможет продержаться без топлива до вашего приезда и сможет ли сам отрегулировать напряжение в доме, чтобы приборы не сгорели и не включились.

Грамотные специалисты в магазине помогут просчитать необходимый вам минимум мощности и подобрать самый подходящий генератор. 

Источник: http://www.xn——8kcg4aacboreodxjfen5a.xn--p1ai/vyibor-generatora-dlya-dachi

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector