Расчет мощности генератора

Расчет мощности генератора
При выборе генератора каждый руководствуется своими личными предпочтениями. Комуто важен мобильность и малый вес, другому необходимы возможность автоматизации и
длительной работы, а иной хочет и то и другое сразу, да еще, чтобы дешево. Но в любом
случае, приходится, так или иначе, решать задачу выбора агрегата соответствующей
мощности. Для начала попробуем выяснить, что же это такое - "мощность электрического
тока". Возьмем, к примеру, 2-киловаттный обогреватель, 1-киловаттный пылесос и 300ваттную морозильную камеру. Что объединяет столь разные нагрузки? Оказывается,
чтобы "запитать" каждую из них, необходим генератор мощностью как минимум 3кВт или
кВА.
Возникает два резонных вопроса.


почему одна и та же величина (мощность) указывается в разных единицах
измерения (соответственно кВт и кВА).
почему потребителей электрической энергии (у нас это обогреватель, пылесос и
морозильник), нельзя "стричь под одну гребенку"?
Что такое коэффициент мощности?
Многие производители в каталогах приводят так называемую максимальную выходную
мощность. Имейте в виду: этот параметр предусматривает кратковременную работу
агрегата (в зависимости от фирмы интервал колеблется от нескольких секунд до
нескольких минут). Реальная номинальная мощность обычно на несколько (иногда на
десятки) процентов ниже.
Допустим, электростанция вырабатывает 3 кВА и имеет коэффициент мощности (так
называемый cos φ) 0,8. В этом случае мы можем реально получить от нее лишь 3 кВА х
0,8 = 2,4 кВт. Здесь и кроется разница между кВт и кВА.
Некоторые производители и продавцы по-разному указывают одно и то же значение
мощности. Например, приводят сразу две величины (3000 ВА при cos φ =0,8 и 2400 ВА
при cos ? =1) либо только одну (2400 ВА при cos φ =1), избавляя покупателя от
необходимости самостоятельно выполнять арифметические вычисления. К сожалению,
некоторые продавцы не указывают cos φ по другим причинам, стараясь выдать
электростанцию за более мощную.
Какие бывают нагрузки?
Теперь ответим на второй вопрос. Начнем с пылесоса: почему применительно к нему
нельзя полностью реализовать мощность генератора?
Немного "ликбеза": активные (омические) нагрузки - т.е., у которых вся потребляемая
энергия преобразуется в тепло (например лампы накаливания, обогреватели,
электроплиты, утюги и т.п.). Все остальные нагрузки - реактивные. Они, в свою очередь,
подразделяются на индуктивные и емкостные. Простейший пример первых - катушка,
вторых - конденсатор. У реактивных потребителей энергия превращается не только в
тепло - часть ее расходуется на другие цели, например, на образование электромагнитных
полей.
Электрическое сопротивление пылесоса имеет реактивную составляющую, причем
индуктивного характера. Главный "виновник" этого - электромотор с его обмотками,
которые добавляют к разности фаз генератора (альтернатора) электростанции
собственную разность фаз того же знака (направления). В результате приходиться
применять еще один - поправочный коэффициент мощности, характеризующий теперь
уже потребителя энергии.
С учетом сказанного посчитаем, пылесос какой мощности сможет "запитать" станция.
Притом, что для типичного пылесоса cos φ составляет где-то 0,5. Итак: 3 кВА х 0,8 х 0,5 =
1,2 кВт.
Обогреватель реактивностью не обладает (cos φ = 1), поэтому станции вполне "по зубам"
прибор мощностью 3 кВА х 0,8 х 1 = 2,4 кВт.
Высокие пусковые перегрузки.
А как быть с морозильной камерой? Почему для работы ее мотора необходим такой
колоссальный запас мощности? Оказывается, что в момент включения двигатель
морозилки потребляет намного больше энергии, чем в процессе работы. Во-первых, он
должен выти на рабочие обороты, а во-вторых, сразу приступить к перекачке хладагента.
И если вентилятор пылесоса можно сравнить с лодкой на воде, то компрессор
морозильника - с той же лодкой на суше: в первом случае сопротивление движению при
разгоне плавно нарастает, а во втором максимально велико с самого начала.
А что будет, если, не взирая на расчеты и рекомендации, подключить 300-ваттный
холодильник к станции мощностью 1 кВА? Ситуация может развиваться по-разному. Если
генератор не оборудован специальными системами, повышающими пусковые токи, то он
попросту отключится (сработает предохранительный автомат). Чтобы этого не
происходило, некоторые горе-умельцы "модернизируют" электростанцию, отключая или
блокируя вышеупомянутое устройство. После такой переделки обязательно что-нибудь
"сгорает": или сам агрегат, или электромотор, так и не сумевший выйти на рабочие
обороты.
Кстати, с точки зрения пусковых токов один из самых "страшных" приборов - погружной
насос, у которого в момент старта потребление может подскочить в 7-9 раз. Это и
понятно: в отличие, скажем от дрели, у помпы отсутствует холостой ход - ей сразу
приходиться начинать качать воду.
В асинхронных генераторах применяется стартовое усиление для поддержки больших
пусковых токов. Если потребляемый от генератора ток превысит определённую величину,
(устанавливаемую для каждой модели генератора), то специальное устройство
подключает к конденсаторам основного возбуждения дополнительно ещё один или
несколько конденсаторов. Тем самым мощность генератора существенно возрастёт и
будет скомпенсировано падение напряжения, вызванное высокой нагрузкой. Для того,
чтобы не повредить обмотки генератора из-за перегрева, дополнительное возбуждение
отключается с помощью специальной электроники примерно через 8 секунд. Этого
времени, с одной стороны, вполне достаточно для пуска электродвигателя, а с другой генератор не успевает перегреться.
Стартовое усиление нельзя применять только в том случае, если от генератора питается
сварочный аппарат. Вследствие того, что при сварке скачки тока возникают в каждом
случае зажигания дуги, описанное устройство будет постоянно включаться, увеличивая
ток возбуждения генератора, что, с течением времени, приведёт к повреждению защиты
или обмотки. Для пользователей, которые планируют использовать электроагрегат для
сварки, в генераторах предусмотрено отключение стартового усиления.
Последнее замечание к нашим примерам: соединительные провода тоже имеют
сопротивление, а значит, они являются потребителями электроэнергии. Об этом нельзя
забывать при расчете мощности.