Каталог статей
ГлавнаяИнверторный генератор: пятикратное преимущество двойного преобразования

Несколько лет назад в сфере портативных источников электроэнергии произошла локальная научно-техническая революция. Она не была связана с резонансными изобретениями и фундаментальными открытиями, но стала ярким примером удачного внедрения целого ряда инноваций. В результате объединения нескольких перспективных разработок в рамках единой схемы появился инверторный генератор (ИГ) как новый класс энергетического оборудования.

Ведущие производители электротехнических машин – Yamaha, SDMO и Honda – начали маркетинговое продвижение идеи легкости и комфорта путешествий с чемоданчиком-электростанцией. Дизайн кожуха, цитирующий вид транзисторных радиоприемников 60-х годов, стал точным попаданием в стилистическую моду текущего момента. «Этот девайс можно нести в одной руке», – вот, что должен был увидеть потребитель в первую очередь.

Объединение генерирующего устройства и качественного преобразователя электроэнергии в общем корпусе – не является исключительной прерогативой портативных инверторных бензогенераторов. Этот принцип используется и в проектировании дизельных машин средней мощности.

Плюсы инверторной технологии | Сравнение с традиционными агрегатами | Дизельные инверторные генераторы | Резюме

Портативный инверторный генератор

В диапазоне 0,5 - 4,0 кВт разработчикам удалось В полной мере реализовать преимущества новой технологии:

1. Компактность и высокую энерговооруженность.
2. Низкий расход топлива.
3. Высокое качество электроэнергии.
4. Низкий уровень шума.
5. Экономию на дополнительном энергетическом оборудовании.

Легкий, компактный и экономичный. За счет чего?

Выход на рынок в 2008 - 2010 годах переносных приборов с недосягаемой ранее энерговооруженностью (0,1 кВт/кг) стал возможен благодаря прогрессу в области мощных постоянных магнитов с большим периодом размагничивания (2% - 3% за 10 лет). В начале XXI в. сплав из неодима, железа и бария начинает использоваться в серийной электротехнике –  а через 8 лет в любом специализированном магазине уже можно купить инверторный генератор. Генерирующие устройства на основе многополюсных неодимовых роторов – это компактные высокочастотные источники тока. Такие альтернаторы в 3 - 4 раза легче сопоставимых по мощности синхронных и асинхронных машин с другими способами возбуждения обмоток.

Еще одним фактором, обеспечившим снижение веса и уменьшение габаритов установки, стало удачное компоновочное решение. Ротор альтернатора выполнен в виде единого узла с коленчатым валом ДВС без муфт и дополнительных маховиков. Необходимо отметить, что эта мера не снизила степень ремонтопригодности агрегата.

«Неодимовые» машины массовых серий вырабатывают переменный ток частотой 15 - 20 кГц при скорости вращения 3000 - 3600 об/мин. Невозможно использовать энергию с такими параметрами без преобразования. Казалось бы – вот он, очевидный минус технологии. Однако, разрабатывая инверторный генератор, инженерам удалось недостатки схемы обратить в ее достоинства. Выпрямление, а затем инверсия тока в переменный с напряжением 220 В и частотой 50 Гц решает сразу две технические задачи – обеспечения необходимого качества электричества и экономии топлива.

Благодаря разрыву зависимости между скоростью вращения ротора и выходными параметрами энергии появляется возможность регулировать обороты двигателя в широких пределах. Обратная связь, отслеживая снижение и рост нагрузки, формирует соответствующие сигналы для электронного блока ДВС. В результате управления мощностью двигателя портативный инверторный генератор демонстрирует КПД, который на 20% - 40% выше, чем у традиционного генерирующнго устройства (ТГ).

Качество электроэнергии и дополнительный фактор экономии

Поддержание стабильного напряжения в сети важно для всех видов электроприборов. Устройства, относящиеся к активным нагрузкам, устойчивы к колебаниям вольтажа. Однако срок их службы гораздо выше, если эти отклонения не превышают 5%.

Значительно более жесткие требования предъявляются к качеству электроснабжения, если речь идет об эффективной эксплуатации телекоммуникационных, измерительных и лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессионального аудио оборудования. Эти виды нагрузок весьма чувствительны к выходу всех параметров сети за пределы нормированных диапазонов. Кроме стабильности напряжения и частоты тока большое значение для микросхем, процессоров, катушек и обмоток имеет минимизация гармонических искажений, которые чаще всего оценивают путем анализа формы синусоиды входящего сигнала. Выражение «чистый синус» (Pure Sine Wave) с недавних пор перекочевало из профессионального сленга в потребительскую среду по причине широкого распространения чувствительной электроники.

На данный момент добиться необходимого качества инвертирования можно только одним способом – процессорным управлением работы полупроводников. Специализированный контроллер, диодные цепи и другие составляющие «мозга» инверторного генератора – собраны в едином блоке, залитом слоем демпфирующего материала. Сделано это для исключения влияния вибраций на работу сложной электронной начинки.

ИГ по чистоте синусовой волны превосходят лучшие традиционные агрегаты, работающие в паре со стабилизаторами напряжения. Для сравнительного тестирования, проведенного популярным в США техническим обозревателем Кирком Кляйншмидтом, были выбраны «неодимовая» машина Robin - Subaru и бензогенератор Honda с синхронным альтернатором. Номинальная мощность обоих агрегатов  составляла 2 кВт, а 4-киловаттный стабилизатор был подключен в разрыв между Honda и нагрузкой. Результаты испытаний по напряжению и частоте тока приведены в таблице 1, а содержание гармонических искажений можно оценить по рисунку «Качество выходного сигнала».

Таблица 1. Сравнительные испытания: традиционный и инверторный генератор

Источник тока

Напряжение и частота* тока под нагрузкой

0 кВт

0,5 кВт

1,0 кВт

Бензогенератор Honda + стабилизатор напряжения

128 В/63 Гц

125 В/62 Гц

125 В/62 Гц

Инверторный генератор Robin-Subaru

126 В/60 Гц

124 В/60 Гц

123 В/60 Гц

*Параметры централизованной электросети США: 120±6 В/60 Гц

Предположим, перед потребителем стоит задача построения системы резервного энергоснабжения для высокочувствительной электроники. Тогда, благодаря высокому качеству  электричества, генерируемого инверторной установкой, появляется возможность сэкономить значительную сумму на дополнительном оборудовании. Стабилизаторы напряжения, внешние инверторы и сетевые фильтры становятся попросту не нужны. Разумеется, данное соображение относится к тем случаям, когда, несмотря на периодические отключения, качество энергии в централизованной сети является приемлемым.

Шум

Компактный стильный чемоданчик, олицетворяющий прогресс, комфорт, и, в определенном смысле, статусное потребление, не должен при своей работе оглушать окружающих визгом циркулярной пилы или грохотом карьерного самосвала. Это было бы, по меньшей мере, странно для изделия столь высокого технического уровня. Но, дело, разумеется, не столько в маркетинговых соответствиях, сколько в рациональном стремлении обеспечить удобство пользования изделием по всем потребительским параметрам.

Чтобы свести к минимуму шум и вибрацию, разработчикам инверторных генераторов пришлось вести параллельное зависимое проектирование охлаждающей и выхлопной систем. Так как габариты машины ограничены техническим заданием, единственным способом организовать движение воздушных потоков должным образом было выполнение сложной системы камер и каналов в корпусе ДВС. Кроме того, кожух изделия представляет собой демпфирующий резонансные колебания «сендвич», созданный из чередующихся слоев пластика и силикона. Лучшие образцы портативной инверторной техники от Yamaha и SDMO  гарантируют уровень шума при работе, не превышающий 52 - 55 дБ. Это примерно соответствует звуковому давлению, производимому наружными блоками бытовых кондиционеров.

Портативный ИГ и традиционные генераторы

У любой техники есть свои минусы. Чем выше энерговооруженность машины, тем сложнее обеспечить ее эффективное охлаждение. Компактные устройства менее устойчивы к интенсивным режимам эксплуатации. Вторым объективным недостатком наукоемких устройств является их стоимость. В конечном счете, за внедрение инноваций расплачивается потребитель. На переносной инверторный генератор цена, в среднем, в 3 раза выше, чем на сопоставимые по техническим характеристикам бензиновые ТГ.

Если ваш выбор колеблется между двумя классами энергооборудования небольшой мощности, оценить плюсы и минуса каждого из них вы можете, используя информацию из Таблицы 2.

Таблица 2.

Сравнение потребительских качеств портативных инверторных и традиционных генераторов

Возможности и достоинства агрегата

Анализ

Традиционный генератор (ТГ)Инверторный генератор(ИГ)

Габариты и вес

Относительные компактность, небольшой вес и удобство транспортировки при одной и той же мощности делают ИГ явным победителем в этой категории

+

Время непрерывной работы

С одной стороны, компоновка ИГ в значительной степени лимитирует емкость топливного бака. С другой – у ТГ больший относительный расход горючего (л/кВт)

+

+

Устойчивость к интенсивным режимам эксплуатации

Под нагрузкой в диапазоне 80% - 100% от максимальной и в условиях частых остановов и пусков ТГ демонстрируют более уверенную работу, чем ИГ

+

Уровень шума

Низкий уровень шума – одна из задач, которые ставились разработчиками при создании портативных ИГ . 50 - 55 дБ против 65 - 75 дБ у сопоставимых по мощности ТГ – это разница между звуками работы наружного блока кондиционера и циркулярной пилы.

+

Расход топлива

Регулировка скорости двигателя в зависимости от мощности нагрузки делает инверторный генератор в среднем на 30% более экономичными в сравнении с ТГ

+

Качество генерируемого электричества

ИГ генерируют переменный ток со стабильной амплитудой и частотой. Форма синусоиды приближена к аналоговой. В отличие от ТГ инверторные машины без дополнительных преобразователей и стабилизаторов могут обеспечивать работу самой чувствительной электроники.

+

Параллельное подключение генераторов

Около половины всех моделей ИГ можно использовать для создания оперативно-масштабируемых цепей электроснабжения при помощи штатного параллельного подключения. У ТГ подобная опция присутствует крайне редко.

+

Простота конструкции, надежность, ремонтопригодность.

С одной стороны, за счет двух дополнительных преобразований в инверторном блоке ИГ воспринимается как более сложный агрегат в сравнении с ТГ. С другой – у ТГ за счет электро-механических устройств стабилизации скорости больше подвижных деталей, чем у ИГ.

Цена

При сопоставимых мощности, допустимом режиме нагрузки и других параметрах ИГ, в среднем, дороже бензогенератора в 3, а дизельного – в 1,5 - 2 раза.

+

Если вы испытываете затруднения с техническими расчетами и определением характеристик приборов, наши консультанты готовы ответить на любые вопросы, касающиеся бытового и промышленного энергооборудования по телефонам 093-277-15-68, 066-899-63-07.

Инверторные генераторы средней мощности

На данном этапе технического развития производительность энергоемких неодимовых альтернаторов серийного производства ограничена значениями 3 - 4 кВт. По этой причине ИГ диапазона 5 - 100 кВт проектируются в более традиционном ключе. В большинстве случаев инверторный генератор средней мощности отличается от обычной бензиновой и дизельной установки закрытого типа лишь наличием  блока двойного преобразования и устройства управления оборотами ДВС с обратной связью. Таким образом, выигрыша в габаритах, весе и низком уровне шума в сравнении с ТГ эти машины не получают. Но остальные преимущества технологии реализуются в полной мере:

1. Экономичность.
2. Качество генерируемой электроэнергии.
3. Возможность экономии на дополнительном энергооборудовании.

Важной особенностью ИГ средней мощности является то, что по своей цене они незначительно отличаются от ТГ сопоставимых параметров. Чем большей производительностью характеризуется дизельный инверторный генератор промышленного типа, тем менее ощутима эта разница.

Перспективы эксплуатации и развития

Портативные машины инверторного типа находятся вне конкуренции, когда определяющими факторами для потребителя выступают компактность, низкий вес, высокая энерговооруженность и качество электричества. Основная ниша предпочтительного использования этой техники  – это отдых на природе и путешествия.

Выбор между традиционным и инверторным генератором для дома или небольшого офиса в качестве резервного источника энергии – задача со множеством неизвестных. Низкий уровень гармонических искажений, стабильность вольтажа и частоты тока в данном случае не являются однозначными преимуществами. Суммарная стоимость обычного бензогенератора и дополнительного оборудования, обеспечивающего качество энергии – может оказаться ниже цены ИГ необходимой производительности. Каждая ситуация требует тщательного учета обстоятельств и грамотного технико-экономического расчета. Принимать во внимание следует не только статистику отказов централизованной сети, характеристики полезных нагрузок, стоимость внешних инверторов и стабилизаторов напряжения. Необходимо учитывать также относительный расход топлива (л/кВт) генерирующими устройствами и тот факт, что при эксплуатации ИГ (благодаря высокому КПД независимо от уровня нагрузки) отпадает необходимость иметь буферный накопитель избыточной энергии.

Существует ряд специфических задач резервного и автономного электроснабжения, для которых эксплуатация портативного инверторного генератора стала стандартным решением. Среди них – поддержка работы климатических и охранных систем жилых и офисных помещений небольшой площади. Обеспечение энергией звуковой и световой аппаратуры во время проведения культурно-массовых мероприятий перед аудиторией до 100 - 200 человек – также является примером предпочтительного использования компактного инверторного источника энергии.

Узнать, как избежать ошибок при выборе генераторов и другого оборудования, а также ознакомиться с примерами реализованных технических решений – вы можете в ходе консультаций с нашими специалистами по телефонам 093-277-15-68, 066-899-63-07.

Дизельные генерирующие устройства с двойным преобразованием электроэнергии появились на рынке позже своих портативных бензиновых собратьев. Их потребительская привлекательность связана с тем, что значительное превосходство над ТГ в экономичности и качестве генерируемой энергии практически не отражается на стоимости машины. Гораздо более высокий КПД при почти одинаковых ценах делает дизельный инверторный генератор очевидным лидером в группе автономных и резервных источников тока мощностью 40 - 100 кВт. Однако, очевидность эта еще не стала фактом для потребителей. Возможно, все дело в малой распространенности техники данного класса.

В ближайшее время мы можем стать свидетелями корректировки модельных линеек ведущими производителями электротехнической машинерии. Сопровождать инверторное дооснащение  дизельных машин должна определенная рекламная компания. До потребителя предстоит донести мысль о синергетическом эффекте объединения генерирующего устройства с преобразователем тока, выражающемся в снижении расхода топлива на 20% - 40%.

Говоря о диапазоне 1,0 - 4,0 кВт, можно отметить оптимистический рыночный прогноз:  бензиновый инверторный генератор должен умеренно подешеветь в связи с увеличением масштабов производства компактных устройств.

Автор: Андрей Луспенков | Google
Комментарии
Оставить свой комментарий
Ваши имя и фамилия:
Ваш комментарий:
Введите цифры с изображения:
Загружаю...