Трехфазные генераторы – это преобразователи механической энергии в электрическую, которые питают объекты различного назначения: промышленные, инфраструктурные, бытовые и даже горнодобывающие. Трехфазная система выдает чистую синусоиду без пульсаций, что позволяет подключать чувствительное к перепадам напряжения сварочное оборудование и промышленные электродвигатели напрямую. Для работы с установками нужно уметь не только запускать, но и понимать устройство и принцип работы трехфазного генератора.
Основные компоненты трехфазного генератора переменного тока
Конструктивно и функционально электростанция состоит из следующих компонентов.
Статор — неподвижная часть. Это металлический корпус с сердечником из трансформаторной стали и тремя медными обмотками, размещенными в пазах под углом 120° относительно друг друга. Каждая из них образует независимую фазу. Статор надежно удерживает обмотки, отвечает за равномерное распределение магнитного потока между ними и теплоотвод.
Ротор — вращающийся на валу с подшипниками узел, который вызывает магнитное поле за счет постоянных или электромагнитов (в промышленных установках). К одному его концу присоединяется вал двигателя или турбины, на другом расположен вентилятор.
Вал на подшипниках — обеспечивает стабильное центрированное вращение ротора вокруг оси.
Система охлаждения — на маломощных моделях (до ~20 кВт) используют воздушное охлаждение – крыльчатку, в мощных промышленных – замкнутые контуры с жидкостным охлаждением и радиатором.
Регулятор напряжения (AVR) — электронный блок, поддерживающий постоянное напряжение на выходе независимо от нагрузки путем изменения силы тока.
Клеммы — клеммная коробка включает выводы ото всех трех фаз, нулевой провод, заземление и защитную автоматику.
Рама, корпус, кожухи — несущая конструкция придает установке жесткости, снижает уровень шума, вибрации, защищает ее от внешних воздействий, а также повышает безопасность работающих рядом людей.
Панель управления и индикации — контрольная аппаратура, индикаторы и органы управления.
Как работает трехфазный генератор
Принцип действия трехфазной электростанции основан на явлении электромагнитной индукции. Когда двигатель внутреннего сгорания или турбина начинают вращать ротор, возникающий в нем магнитной поток поочередно пересекает катушки статора. При прохождении магнитного поля сквозь проводник в нем индуцируется электрическая движущая сила. Когда северный полюс приближается к обмотке, у ЭДС будет положительный знак, когда отдаляется – полярность меняется на отрицательную. Так образуется синусоида.
Обмотки разнесены в статоре на 120° – расположены на 12, 4 и 8 часов, поэтому магнитное поле пересекает их последовательно, со сдвигом 1/3 периода вращения. Так появляется три синусоиды одинаковой амплитуды и частоты, но разнесенные во времени: пока напряжение на одной на пике, на второй – уже спадает, а на третьей только нарастает.
В генераторах с самовозбуждением магнитное поле появляется как следствие остаточного намагничивания сердечника ротора.
Генераторы с самовозбуждением запускаются благодаря остаточной намагниченности стали ротора. Это магнитное поле при вращении ротора индуцирует ЭДС в обмотках статора, появившееся напряжение передается на выпрямитель электронного блока (AVR), а уже постоянное – на обмотку возбуждения ротора. Оно усиливает магнитное поле ротора в течение нескольких секунд. После выхода на рабочие характеристики автоматика только контролирует напряжение на выходных клеммах генератора и сравнивает его с эталонным значением. При отклонениях AVR мгновенно изменяет ток возбуждения для поддержания стабильного напряжения. Частоту поддерживает регулятор оборотов.
Трехфазный генератор переменного тока обеспечивает равномерное распределение мощности с минимальными пульсациями момента, что особенно важно для плавного пуска электродвигателей большой мощности.
Схемы соединения обмоток
Для работы трехфазного генератора его обмотки соединяют «звездой» или «треугольником», что определяет сферы его применения.
«Звезда» (Y)
Самая распространенная схема. Концы катушек соединяют в общий узел (нейтраль), а их начала образуют выходные фазы.
- Линейное напряжение между ними равняется 220-230 В.
- Фазное: между фазой и нейтральным проводом – 380-400 В.
Соединение звездой обеспечивает более мягкое распределение нагрузки, снижает пусковые токи и нагрев проводников в обмотках, а значит, повышает срок службы генератора.
Генераторы со схемой «звезда» могут питать чувствительную к качеству напряжения технику, в том числе однофазную благодаря нулевому проводу: частные дома, офисы, осветительные приборы, бытовая техника.
«Треугольник» (Δ)
Обмотки коммутируют последовательно (по кругу): конец первой к началу второй … конец третьей к входу первой – образуется замкнутый контур. Фазы – это точки соединения обмоток. Линейное напряжение в схеме равно 380-400 В, фазное – 220-230 В. «Треугольник» обеспечивает повышенные пусковые токи – легко запускаются двигатели под нагрузкой: насосы, компрессоры, но не позволяет питать однофазных потребителей – нет нулевого провода.
Пусковые механизмы трехфазного электрогенератора
Метод запуска электростанций зависит от условий их эксплуатации.
Простейший – при помощи ручного стартера. Оператор вытягивает трос за рукоятку, раскручивая коленчатый вал двигателя до момента воспламенения топливной смеси. Требует физических усилий, особенно в холодную погоду, однако нет зависимости от аккумулятора и электричества.
Электростартер. Запуск кнопкой или поворотом ключа: миниатюрный электродвигатель раскручивает мотор за счет энергии электричества. Для запуска не нужно прилагать физические усилия, но нужно ухаживать за батареей.
Автоматический ввод резерва (АВР). Система запускает генератор при помощи электростартера при исчезновении или выходе напряжения за установленные пределы. После его появления или стабилизации электростанция автоматически выключается, а объект переходит на централизованные электроснабжение. Применяют для автономного питания домов, критических объектов: котельные, больницы, дата-центры, вышки сотовой связи.
Генераторы могут работать в двух основных режимах.
Аварийный (резервный) – запускается периодически при отключении электроснабжения или недостатке мощности.
Основной (автономный) – используется как единственный источник электроэнергии при отсутствии централизованного энергоснабжения. Может функционировать как 2, так и 12-16 часов в день, но не круглосуточно.
Как разновидность автономного иногда выделяют непрерывный или постоянный режим работы генератора – 24/7 с редкими перерывами, например, на техническое обслуживание или выходные, если речь о добывающем предприятии.
Режим и саму установку выбирают, исходя из условий.
Требования к качеству выходного сигнала
Для надежного обеспечения потребителей электричество на выходе электростанции должно соответствовать ряду требований:
- Форма: чистая синусоидальная, без резких скачков и искажений – до 5–8%.
- Минимум гармоник — отсутствие нелинейных искажений и гармонических составляющих.
- Симметрия фаз – одинаковое напряжение на всех фазах, допустимая разница – до 2%.
- Стабильность напряжения (отклонение не более 2%) и частоты (1%) от номинальных значений.
Оператор должен следить за балансом нагрузки между фазами: она не должна превышать 20–25%. Также сигнал должен оставаться стабильным при 10%-й перегрузке по току в течение часа.
Заключение
Стабильная и продолжительная работа генератора обеспечивает бесперебойность электроснабжения бытовых, инфраструктурных, промышленных и прочих объектов. Понимание особенностей конструкции и принципов работы оборудования позволит соблюдать режимы его эксплуатации и вовремя проводить техническое обслуживание.
Компания «Энерджи Групп» выполняет все виды работ по организации автономного питания: консультации по выбору, доставка, подключение, пусконаладочные работы генератора. Также наши инженеры проведут техническое обслуживание и ремонт электростанции с применением оригинальных запчастей.