Принцип работы генераторов со2: Генератор СО2 на сухой соде и лимонной кислоте | UViAQUA.com

Содержание

Генератор СО2 на сухой соде и лимонной кислоте | UViAQUA.com

Tekhi — Юр, ты рассказывал и о том  для чего нужен углекислый газ в аквариуме,  и о  способах получения СО2  в аквариумистике. Можешь немного подробнее рассказать о своем генераторе?

Ю.В. — О том, который мы скромно назвали “Генератор Юрия-TPV”?

Tekhi — Да, о нем. На каком принципе он работает?

Ю.В. — Вот как раз с принципом ничего революционного нет. Обычная химическая реакция лимонной кислоты и пищевой соды с выделением углекислого газа

3NaHCO3+C6H8O7=3CO2+3h3O+Na3C6H5O7

С оборудованием, да, мы немного усовершенствовали всем известный аппарат Киппа. Дело в том, что в классическом виде он в вертикальном исполнении. Кислота находится над щелочью. Это не очень удобно в практическом применении. Мы его доработали до такого вида, когда он выполняется из двух емкостей, стоящих рядом. В нашем случае чаще всего это две пластиковые бутылки.

Tekhi — А почему именно бутылки?

Ю.В. — Они удобны, они доступны, они выдерживают высокое давление, они хорошо уплотняются штатными крышками.

Tekhi — И как он работает?

Ю.В. — Вот его схема. Ее когда то нарисовал для форумов мой партнер по разработке бесклапанной системы украинский аквариумист Павел Терещенко (TPV).

 

В левой бутылке (дальше будем называть ее “содовая” находится сухая сода. Она находится в стаканчике, приподнятом над дном- для беспрепятственного удаления из нее продуктов реакции (в стаканчике для этого в дне сделаны отверстия). В правой бутылке (дальше- “кислотная”)- раствор лимонной кислоты. Пропорции потом скажу. Как только мы подаем кислоту в соду, (например, сжав кислотную, а лучше сжав и отпустив содовую бутылку), через трубочку подачи кислоты в содовую бутылку начинает поступать  кислота и начинается реакция. Выделившийся газ поднимает давление в содовой бутылке, выдавливает кислоту из трубочки обратно в кислотную и сам туда поступает. До тех пор, пока давление не выровняется. После этого никто никуда не поступает и генератор останавливается. Когда мы начинаем отбор газа в аквариум, в содовой бутылке давление снижается (а в кислотной остается прежним) и поэтому из кислотной газ опять выдавливает кислоту в соду. Реакция возобновляется и идет до тех пор, пока давление не выровняется. И так до тех пор, пока все реактивы не выработаются. Пока понятно?

Tekhi — Да. А в чем подвох? Почему не у всех получается? Вроде так просто…

Ю.В. — Подвох в двух вещах. В гистерезисе- некотором запаздывании этапов  при отработке генератором каждого цикла и в цитратной корке- цитрате натрия, одном из продуктов реакции, который, если дать воды очень мало, то покроет соду коркой и остановит генератор, а если дать воды очень много, то она просто вымоет соду в полость под стаканчиком и реакция станет неуправляемой.

Tekhi — И как вы эти проблемы решили?

Ю.В. — Проблему гистерезиса мы решили установкой на трубочку подачи кислоты в кислотной бутылке дросселя- небольшого сужения отверстия. Я обычно ставлю краник от компрессора

Вот он- на конце голубой кислотной трубочки. Откроешь больше чем нужно- генератор может пойти в разгон, зажмешь сильнее чем нужно- будет затухать. Для тех пропорций реактивов, которые я дам ниже, обычно достаточно закрутить его до конца, а потом открутить на один оборот. Иногда, по итогам первого запуска, может потребоваться подрегулировка. Ну, или ставлю иглу от шприца, но самую толстую. От 20-и кубового.

Tekhi — А вторая трубочка на кислотной крышке зачем?

Ю.В. — Вторая трубочка это выход на  предохранительный клапан.  На всякий случай))) Если давление по каким-то причинам подскочит, он просто его сбросит. В данном случае стоит клапан от китайского генератора. Но может быть и самодельный. Может быть даже просто 5 мл шприц- если давление поднимется выше 3-4 атм, поршень шприца просто вылетит и генератор остановится.

Хочу обратить твое внимание на то что предохранительный клапан стоит на кислотной бутылке. Как ты помнишь из принципа работы, именно в ней сброс давления останавливает генератор. Сброс давления в содовой бутылке, если он резкий, наоборот его разгоняет. Кстати, именно поэтому

открывать генератор если он под давлением нужно откручивая вначале кислотную крышку.

Tekhi — А почему трубочка, идущая на предохранительный клапан такая длинная?

Ю.В. — Она не длинная))) Вот более удачный ракурс- она изогнутая.

Сделано это для того чтобы в нее не попадали брызги от раствора кислоты и не засоряли предохранительный клапан.

Tekhi — Ясно. А в содовой крышечке есть какие-то особенности?

Ю.В. — Немножко есть))

Правая трубочка- трубка подачи кислоты в соду. Ее длина не просто так)) Она должна быть такой, чтоб быть приерно в 3 см+- от поверхности соды. Если она будет ближе- струя кислоты может просто прожечь отверстие в соде и дальше свободно уходить не прореагировав. Если выше- то при запуске генератора, пока сода еще сухая, струйка кислоты может сильно разбрызгиваться и можно нарваться на цитратную корку.

Второе отверстие-  выход газа в аквариум. В него я ставлю иглу от шприца. Она дросселирует поток газа и проще осуществлять тонкую регулировку.

Tekhi — Юр, а как ты собираешь эти крышки? У тебя, я там вижу, клей какой-то?

Ю.В. — Эпоксидка. Вначале я сверлю отверстия. Для шлангов от капельниц это 3мм

Потом подрезаю шланг под угол и затягивая его в отверстие плоскогубцами

Потом устанавливаю в шланг (снизу) трубочку от ватной гигиенической палочки

Далее, промазываю место стыка суперклеем

После чего подтягиваю шланг немного назад так, чтобы с противоположной стороны показалась моя трубочка. Клей, при этом, заходит в зазор между шлангом и крышкой, а трубочка еще и расклинивает шланг в крышке.

Ну а после этого заливаю эпоксидку внутрь уплотнительного пояска крышки. Именно этой фотки у меня нет, но вот абсолютно аналогичная, которую я сделал когда делал генератор-“блондинку”.

Ну и стыки шлангов, если мне их приходится соединять, я тоже проклеиваю на суперклей. Он нормально берет ПВХ. Главное, чтоб капельница не оказалась из силиконовых шлангов. Мало того что они плохо клеятся, так силикон еще и много СО2 через себя пропускает- диффузия.

Tekhi — А соду ты прямо в стаканчик сыплешь?

Ю.В. — По разному пробовал, Ир. И прямо в стаканчик, и под поролонку, и под моток лески. Главная проблема в распределении порции кислоты по поверхности соды таким образом, чтобы и реакция активно шла, и чтобы струйка кислоты не прожигала себе в соде отверстия до дна стаканчика. По разному пробовали и отверстия для отвода продуктов реакции (“отработки”) из соды отводить. В конечном итоге пришли к тому что отверстия в стаканчике должны быть в дне, а сама сода в мешочке. Самым удобным оказался носок от старых тонких колготок.

Устанавливаешь носок в стаканчик, засыпаешь в него через воронку нужное количество соды, а потом всю его часть, которая была при засыпке над горлышком, опускаешь в бутылку и чуть прижимаешь пальцем, чтоб не торчало))

С лимонной кислотой тоже есть нюансы. Чтоб каждый раз не взвешивать и не отмерять нужное количество воды, я один раз засыпал в новом генераторе порцию кислоты и маркером пометил. Залил нужное количество воды и тоже маркером пометил. Так проще и быстрее перезаправлять.

Tekhi — А какие пропорции реактивов?

Ю.В. — Реактивы выработаются примерно одновременно, если на каждые 100 грамм лимонной кислоты будет 120 грамм соды. Я обычно соды беру чуть с запасом. Она дешевле и в этом случае вся лимонка вырабатывается полностью гарантированно.

Tekhi — А сколько воды ты в лимонную кислоту льешь?

Ю.В. — На каждые 100 грамм кислоты 150 мл воды. В этом случае получается и достаточно концентрированный раствор (генератора на дольше хватает) и есть некоторый избыток воды, благодаря которому цитрат натрия растворяется и не берется коркой. Эти пропорции многократно проверены многими аквариумистами и я их считаю оптимальными. Ну а сколько сыпать 100, 150 или 200 грамм- это зависит от объема бутылок в конкретном генераторе.

Tekhi — Понятно. А как запускаешь-то?

Ю.В. — Запускается генератор, как я уже говорил, подачей кислоты в соду. На практике, это делается сжатием бутылки. Или кислотной (вроде логичнее?), или содовой. Я предпочитаю сжимать содовую. При ее сжатии часть воздуха из нее попадает в кислотную, создавая в ней некоторое избыточное давление, благодаря которому из нее и выдавливается кислота в соду.

Tekhi — А почему так?

Ю.В. — Таким образом я уменьшаю в содовой бутылке количество балластных газов (воздуха). Нам ведь нужен СО2, а не СО2 с воздухом))) Три-четыре нажатия содовой бутылки, и количеством оставшегося воздуха в ней уже можно нее заморачиваться)))

Tekhi — А какое давление в генераторе получается?

Ю.В. — Это как задашь))) Давление в генераторе задается при запуске. Его можно разогнать больше или меньше, подав бОльшее или мЕньшее количество кислоты. И это давление будет в нем поддерживаться весь его цикл работы. Если он правильно собран))) Ну а если давление нужно уменьшить или поднять уже в процессе работы, то это можно сделать сбросив газ через немного приоткрытые кислотную или содовую крышечки. Сброс газа через кислотную крышку уменьшает общее давление в системе, сброс газа (достаточно объемный) через содовую вызывает подачу большого количества кислоты и генератор разгоняется.

Tekhi — Теперь я поняла почему предохранительный клапан ставится на кислотную бутылку!!!
Ю.В. — )))

Вот посмотри весь цикл запуска генератора.

Tekhi — Как все понятно! Непонятно только знаешь что? Как ты этот стаканчик в бутылку воткнул?

Ю.В. — Да проще простого))

Tekhi — Да, действительно не сложно.

Знаешь что хотела у тебя еще уточнить? Сейчас в продаже есть много китайских клонов этой системы. Они нормальные? Их можно использовать?

Ю.В. — Вот такого типа?

Это не клоны. Китайские генераторы конструктивно от наших отличаются. В них нет стаканчика и они работают не на сухой соде, а на растворе соды в воде. А это ведет к некоторой нестабильности априори. Если в начале цикла кислота подается в чистый раствор соды, то далее- уже в смесь растворов соды и продуктов реакции. Это ведет к увеличению гистерезиса- запаздывания в отработке системой изменений. Кроме того, вся сода сразу не растворяется- у нее растворимость низкая и она лежит осадком на дне. При этом она слеживается и из-за этого гистерезис так же увеличивается. А китайцы почему-то не считают нужным комплектовать свои системы дросселями (помнишь краник на конце кислотной трубки?). Да это, в общем, и не реально- если в наших системах гистерезис одинаков во всем цикле, то у них он растет по мере выработки реактивов. Добавляет проблем и т.н. “тройник”- есть у них деталь такая в содовой бутылке. Штука хорошая (как идея), но с учетом катастрофически низкого качества китайского ширпотребовского литья, у них от тройника к тройнику разные размеры отверстия. Что тоже создает некоторую “лотерейность” при работе с генератором. Они есть по-проще, как я показал выше, они есть по-приличнее, собранные в моноблоках, но суть проблем у них одна и та же. Поэтому, если они попадают ко мне в руки, то я их немного тюнингую))

Tekhi — Как?

Ю.В. — Оставляю то что в них действительно удобно- сами крышечки, манометры, предохранительные клапана, регулировочные краники. Но меняю полностью весь “низ”- ставлю дроссель на забор кислоты, ставлю изогнутую трубочку на предохранительный клапан, ставлю дросселирующую иглу на выход газа, ставлю нужной длины трубочку на подачу кислоты в соду в содовой бутылке и, конечно, ставлю содовую бутылку со стаканчиком- все как я говорил тебе выше. И тогда они прекрасно работают)) Хотя, по нынешним временам они столько стоят, что, как по мне, чем брать дорогую вещь и ее переделывать, проще потратить пару часов и собрать свое почти за бесплатно))

Tekhi — А пропорции реактивов они указывают нормальные?

Ю.В. — Ириш, ты знаешь, я в них не лез- оно мне не интересно. Я точно знаю что что то что я тебе сказал выше (повторю- на 100 грамм лимонной кислоты, растворенной в 150 мл воды идет 120-130 грамм соды) это оптимальное соотношение. Если они пишут другое, значит они дают заведомо менее корректные рекомендации.

Tekhi — Спасибо, Юр! Последний вопрос позволишь?

Ю.В. — Да, конечно))

Tekhi — Имеет значение какие конкретно реактивы применять? Каких производителей?

Ю.В. — Большое значение имеет качество лимонной кислоты. Лучше всего брать ХЧ- химически чистую. Очень неплохая “натуральная” или “пищевая”, которая продается в мелком опте или по линии “химреактивов”. А вот когда она после фасовки в пакетики по 25 или 100 грамм попадает в продуктовые магазины, она почему то становится существенно хуже. Понятия не имею с чем ее смешивают.

С содой не так заметно, но тоже обратил внимание, что при одной и той же лимонной кислоте, генераторы на соде, которую наши фирмы фасуют в Украине (не знаю ее источника) генератор работает несколько дольше чем на вашей башкирской. Хотя, в случае с содой, повторюсь, заморачиваться не стоит- это почти не заметно.

Tekhi — Ясно. Спасибо, Юр! Наверное рискну и я себе такой генератор сделать.

Ю.В. — Не за что))) Удачи тебе!

 

 

Поделиться ссылкой:

Похожее

простой для повторения генератор высокого напряжения / Хабр

Добрый день, уважаемые хабровчане.
Этот пост будет немного необычным.
В нём я расскажу, как сделать простой и достаточно мощный генератор высокого напряжения (280 000 вольт). За основу я взял схему Генератора Маркса. Особенность моей схемы в том, что я пересчитал её под доступные и недорогие детали. К тому же сама схема проста для повторения (у меня на её сборку ушло 15 минут), не требует настройки и запускается с первого раза. На мой взгляд намного проще чем трансформатор Теслы или умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Принцип работы

Сразу после включения начинают заряжаться конденсаторы. В моём случае до 35 киловольт. Как только напряжение достигнет порога пробоя одного из разрядников, конденсаторы через разрядник соединятся последовательно, что приведёт к удвоению напряжения на конденсаторах, подсоединённых к этому разряднику. Из-за этого практически мгновенно срабатывают остальные разрядники, и напряжение на конденсаторах складывается. Я использовал 12 ступеней, то есть напряжение должно умножиться на 12 (12 х 35 = 420). 420 киловольт — это почти полуметровые разряды. Но на практике, с учетом всех потерь, получились разряды длиной 28 см. Потери были вследствие коронных разрядов.



О деталях:

Сама схема простая, состоит из конденсаторов, резисторов и разрядников. Ещё потребуется источник питания. Так как все детали высоковольтные, возникает вопрос, где же их достать? Теперь обо всём по порядку:
1 — резисторы

Нужны резисторы на 100 кОм, 5 ватт, 50 000 вольт.
Я пробовал много заводских резисторов, но ни один не выдерживал такого напряжения — дуга пробивала поверх корпуса и ничего не работало. Тщательное загугливание дало неожиданный ответ: мастера, которые собирали генератор Маркса на напряжение более 100 000 вольт, использовали сложные жидкостные резисторы генератор Маркса на жидкостных резисторах, или же использовали очень много ступеней. Я захотел чего-то проще и сделал резисторы из дерева.

Отломал на улице две ровных веточки сырого древа (сухое ток не проводит) и включил первую ветку вместо группы резисторов справа от конденсаторов, вторую ветку вместо группы резисторов слева от конденсаторов. Получилось две веточки с множеством выводов через равные расстояния. Выводы я делал путём наматывания оголённого провода поверх веток. Как показывает опыт, такие резисторы выдерживают напряжение в десятки мегавольт (10 000 000 вольт)

2 — конденсаторы

Тут всё проще. Я взял конденсаторы, которые были самыми дешевыми на радио рынке — К15-4, 470 пкф, 30 кВ, (они же гриншиты). Их использовали в ламповых телевизорах, поэтому сейчас их можно купить на разборке или попросить бесплатно. Напряжение в 35 киловольт они выдерживают хорошо, ни один не пробило.
3 — источник питания

Собирать отдельную схему для питания моего генератора Маркса у меня просто не поднялась рука. Потому, что на днях мне соседка отдала старенький телевизор «Электрон ТЦ-451». На аноде кинескопа в цветных телевизорах используется постоянное напряжение около 27 000 вольт. Я отсоединил высоковольтный провод (присоску) с анода кинескопа и решил проверить, какая дуга получится от этого напряжения.

Вдоволь наигравшись с дугой, пришел к выводу, что схема в телевизоре достаточно стабильная, легко выдерживает перегрузки и в случае короткого замыкания срабатывает защита и ничего не сгорает. Схема в телевизоре имеет запас по мощности и мне удалось разогнать её с 27 до 35 киловольт. Для этого я покрутил подстроичник R2 в модуле питания телевизора так, что питание в строчной развертке поднялось с 125 до 150 вольт, что в свою очередь привело к повышению анодного напряжения до 35 киловольт. При попытке ещё больше увеличить напряжение, пробивает транзистор КТ838А в строчной развёртке телевизора, поэтому нужно не переборщить.

Процесс сборки

С помощью медной проволоки я прикрутил конденсаторы к веткам дерева. Между конденсаторами должно быть расстояние 37 мм, иначе может произойти нежелательный пробой. Свободные концы проволоки я загнул так, чтобы между ними получилось 30 мм — это будут разрядники.

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать. Смотрите видео, где я подробно показал процесс сборки и работу генератора:

Техника безопасности

Нужно соблюдать особую осторожность, так как схема работает на постоянном напряжении и разряд даже от одного конденсатора будет скорее всего смертельным. При включении схемы нужно находиться на достаточном удалении потому, что электричество пробивает через воздух 20 см и даже более. После каждого выключения нужно обязательно разряжать все конденсаторы (даже те, что стоят в телевизоре) хорошо заземлённым проводом.

Лучше из комнаты, где будут проводиться опыты, убрать всю электронику. Разряды создают мощные электромагнитные импульсы. Телефон, клавиатура и монитор, которые показаны у меня в видео, вышли из строя и ремонту больше не подлежат! Даже в соседней комнате у меня выключился газовый котёл.

Нужно беречь слух. Шум от разрядов похож на выстрелы, потом от него звенит в ушах.

Интересные наблюдения

Первое, что ощущаешь при включении — то, как электризуется воздух в комнате. Напряженность электрического поля настолько высока, что чувствуется каждым волоском тела.

Хорошо заметен коронный разряд. Красивое голубоватое свечение вокруг деталей и проводов.
Постоянно слегка бьет током, иногда даже не поймёшь от чего: прикоснулся к двери — проскочила искра, захотел взять ножницы — стрельнуло от ножниц. В темноте заметил, что искры проскакивают между разными металлическими предметами, не связанными с генератором: в дипломате с инструментом проскакивали искорки между отвёртками, плоскогубцами, паяльником.

Лампочки загораются сами по себе, без проводов.

Озоном пахнет по всему дому, как после грозы.

Заключение

Все детали обойдутся где-то в 50 грн (5$), это старый телевизор и конденсаторы. Сейчас я разрабатываю принципиально новую схему, с целью без особых затрат получать метровые разряды. Вы спросите: какое применение данной схемы? Отвечу, что применения есть, но обсуждать их нужно уже в другой теме.

На этом у меня всё, соблюдайте осторожность при работе с высоким напряжением.

Основное электрооборудование и принципиальные схемы ДЭС



Синхронные генераторы

Генераторы с машинной системой возбуждения в качестве возбудителя имеют генератор постоянного тока, связанный с валом генератора текстропной (ременной) передачей или фланцем. Обычно возбудитель имеет мощность, равную 1,5-2,5% номинальной мощности генератора ДЭС.

Рис.1. Принципиальная схема генератора с машинной системой возбуждения.

На рис.1 изображена принципиальная электрическая схема генератора с машинной системой возбуждения. Схема состоит из генератора 1, возбудителя 2 и реостатов регулирования напряжения 3.

В станине статора в специальных пазах уложена обмотка статора 4, концы которой 20 выведены в коробку выводов генератора. Ротор генератора состоит из железного сердечника с намотанной на нем обмоткой возбуждения 5. Концы обмотки 5 выведены на контактные кольца 7 и через щеточную систему и провода 6 — в коробку выводов возбудителя 8.

Полюсы возбудителя представляют собой сердечники с намотанной на них обмоткой возбуждения 11 и имеют слабое остаточное намагничивание. Поэтому в межполюсном пространстве всегда имеется магнитное поле. Концы 10 и 12 обмотки 11 заведены в коробку выводов 8. При помощи токосъемных щеток с коллектора 21 снимается постоянное напряжение (выводы 9 и 13 возбудителя). При пуске двигатель (дизель) вращает вал генератора 1 с ротором и соединенный с ними якорь возбудителя. При этом обмотки якоря возбудителя пересекают магнитное поле, создаваемое полюсами возбудителя в межполюсном пространстве, и в них индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС).

С помощью коллектора ЭДС преобразуется в напряжение постоянного тока, и по обмотке возбуждения возбудителя 11 пройдет ток, что вызовет в свою очередь усиление магнитного поля в межполюсном пространстве, и, следовательно, в обмотке якоря возбудителя начнет индуктироваться большая ЭДС. Этот процесс будет продолжаться до получения на зажимах возбудителя напряжения, обусловленного сопротивлением 14 в цепи обмотки возбуждения возбудителя. Обмотка возбуждения генератора 5, соединенная с обмоткой якоря возбудителя, является ее нагрузкой. При протекании тока по обмотке возбуждения генератора 5 создается магнитное поле, которое замыкается через сердечник (станину) статора. Ротор генератора вращается, магнитное поле пересекает неподвижную статорную обмотку 4 и индуктирует в ней переменную ЭДС, которая снимается с концов 20 в коробке выводов генератора.

С помощью реостатов 14, 15, 17 (в неавтоматическом режиме, контакт 18 замкнут) или, изменяя сопротивление угольного столба 19 (в автоматическом режиме, контакт 16 замкнут), можно регулировать напряжение на якоре возбудителя и тем самым изменять напряжение на выводах статорной обмотки генератора.

Генераторы имеют встроенные (ДГС) или выносные возбудители (ПС-93-4 и СГД). Машинный возбудитель усложняет конструкцию генератора, увеличивает его размеры и массу, кроме того, коллектор и щетки имеют повышенную повреждаемость, поэтому генераторы с машинным возбуждением заменяют генераторами со статической системой возбуждения.

Техническая характеристика генераторов с машинной системой возбуждения приведена в табл.1.

Таблица 1

Технические характеристики генераторов ДЭС с машинной системой возбуждения

Серия ДГС состоит из четырех типоразмеров: 81-4; 82-4; 91-4, 92-4. Первая цифра обозначает габарит (ВОСЬмой или девятый), вторая — длину (первая или вторая), третья — количество полюсов (четыре). Генераторы имеют две формы исполнения: М101 — на лапах с двумя одинаковыми подшипниковыми щитами, соединение с двигателем при помощи эластичной муфты или ременной передачи и М202 — на лапах с двумя подшипниковыми щитами, один из которых имеет фланец, соединение с двигателем только эластичной муфтой.

Все типоразмеры ДГС имеют одинаковое устройство, но отличаются размерами статора, ротора, диаметром корпуса, сечением и количеством витков провода, размерами пазов. Возбудители применяются типов ВС-13/7 и ВС-13/11, они отличаются длиной активных частей.

Статор 2 генератора ДГС-82-4/М201 (рис.2) состоит из чугунной литой станины, сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки. В полузакрытые овальной формы пазы статора уложена катушечная двухслойная обмотка из круглого обмоточного провода. Обмотка удерживается в пазах клиньями.

Ротор генератора 3 состоит из цельнокованого вала, к средней часта которого привернуты полюсы, набранные из листовой стали. На изолированные полюсы намотаны катушки медного изолированного провода прямоугольного сечения. Концы обмотки ротора присоединены к двум контактным кольцам 10, расположенным внутри подшипникового щита. Контактные кольца изготовлены из меди и надеты на изолированную миканитом чугунную втулку. Узел контактных колец посажен на вал ротора.

Рис.2. Синхронный генератор ДГС-82-4/М201.

Подшипниковые щиты 1 и 4 чугунные. Для прохождения охлаждающего воздуха в щитах имеются окна, защищенные с боков и снизу предохранительными решетками Подшипники генератора закрыты крышками. Наружные крышки чугунные, внутренние стальные. Наружное кольцо роликоподшипника заключено в ступицу щита.

Для добавления смазки роликоподшипника у генератора исполнения М201 имеется маслоход, ввинченный в ступицу щита, у генератора исполнения М101 — два болта, ввинченных в наружную крышку щита. Смазку добавляют в подшипники через маслоход, ввинченный в капсулу подшипника, или отодвинув наружную крышку при снятом возбудителе.

Траверса контактных колец 10 укреплена на внутренней стороне капсулы и имеет на каждом пальце два латунных щеткодержателя с щетками ЭГ-4Э.

Для охлаждения отдельных узлов генератора предусмотрена аксиальная система вентиляции Центробежный вентилятор 11 укреплен на валу со стороны привода. Поток охлаждающего воздуха засасывается вентилятором по двум параллельным путям: окна переднего щита каналы между пакетом железа статора и станиной — пространство между лобовой частью обмотки статора и диском вентилятора, возбудитель — окна капсулы шарикоподшипника — междуполюсное пространство ротора.

Якорь 13 возбудителя ВС-13/7 5 посажен на выступающий конец вала генератора и закреплен болтом, коллектор 15 — на втулку якоря.

Волновая обмотка якоря 14 из круглого провода пропитывается изоляционным лаком лаком. Секции удерживаются в пазах при помощи бандажей из стальной проволоки или стеклобандажной ленты. Станина возбудителя 5 чугунная, а сердечники полюсов 12 собраны из листовой стали и изолированы.

Обмотки полюсов 17 из круглого провода намотаны на сердечник и пропитаны изоляционным лаком. Полюсы прикреплены к станине болтами.

Траверса коллектора 6 представляет собой металлическое кольцо, имеющее четыре пальца из пластмассы, на котором укреплено по два латунных щеткодержателя 16.

Генераторы имеют две коробки выводов: для выводов обмотки статора 8 и для выводов обмотки возбудителя и ротора 9. Клеммные коробки состоят из доски зажимов, чугунного корпуса и крышки.

В передвижных станциях применяется генератор ПС-93-4 мощностью 75 кВт (рис.3). Он имеет 9-й габарит, 3-ю габаритную длину и четыре полюса. Возбудитель размещается сверху, на корпусе генератора, что делает более удобной компоновку электростанции. Генератор соединяется с возбудителем типа ВС-13/9 с помощи клиновидных ремней.

Рис.3. Генератор ПС-93-4 с возбудителем ВС-13/9.
1 — задний подшипниковый щит; 2 — коробка выводов генератора;
3 — коробка выводов возбудителя; 4 — корпус возбудителя; 5 — корпус генератора;
6 — боковые плоскости с отверстиями для крепления генератора.

Стальная станина статора имеет боковые плоскости 6 с отверстиями для крепления генератора. Сердечник набран из листов электротехнической стали и покрыт специальным лаком. Крепление сердечника к ребрам станины аналогично креплению ДГС, а пазы имеют прямоугольную открытую форму. В пазах укладывается обмотка статора из неизолированного провода прямоугольного сечения, изолированная слоями миканита и пропитанная компаундом. Пазы закрываются специальными гетинаксовыми клиньями. Выводы обмотки статора заведены в коробку выводов генератора.

Ротор генератора выполнен из стального вала, на котором укреплены полюсы, набранные из листовой стали. На изолированные полюсы намотаны катушки из медного провода, выводы которых присоединены к контактным кольцам.

Генератор охлаждается с помощью воздуха, который аксиальным вентилятором прогоняется между полюсам ротора и лобовыми частями статорной обмотки и выбрасывается наружу через окна в заднем подшипниковом щите.

Серия СГД имеет три типоразмера: 11, 12, 13 и обозначается СГД-13-42-12. Первые две цифры обозначают габарит генератора (11, 12, 13) , вторая группа цифр — длину активной части статора в сантиметрах (24, 36, 46 и т. д.), третья группа — число полюсов генератора (4, 10, 12). Генераторы большой мощности имеют обозначение, например, СГД-625-1500, где первая группа цифр обозначает мощность генератора в киловольт-амперах, а вторая — число оборотов генератора минуту.

Генераторы имеют одинаковое устройство и различаются только размерами, сечением проводов и количеством витков. С генераторами этой серии применяют возбудители серий ВС, П-70 (71, 72) и ВСМ-21/12. Возбудитель, установленный на корпусе генератора, соединяется с генератором текстропной передачей.

Рис.4. Синхронный генератор СГД-400-1000.

Статор генератора СГД-400-1000 (рис.4) имеет сварную стальную станину 8 с окнами для входа и выхода воздуха, рамы для подъема машины и два бруска для установки возбудителя. Сердечник статора 9 набран в пакеты из лакированных с обеих сторон колец, штампованных из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм и имеющих прямоугольные пазы.

В пазы заложены двухслойная обмотка 6 из прямоугольной обмоточной меди. Витковая и корпусная изоляции выполнены из стекломикаленты. Закрывают пазы стеклотекстолитовые клинья.

Ротор генератора выполнен с явно выраженными полюсами, остов ротора 3 набран из штампованных листов стали и насажен на вал генератора 2. Обмотки полюсов 4, расположенные на изолированных сердечниках 5, изготовлены из неизолированной шинной меди и имеют изоляцию из асбестовой бумаги, покрываемой сверху лаком. Успокоительная обмотка состоит из медных стержней и расположена в башмаках полюсов. Выводы обмотки ротора с помощью кабеля присоединены к контактным кольцам 28.

Постоянный ток подается в обмотку ротора с помощью контактной траверсы с щетками 27.

Шкив генератора 29 с помощью клиноременной передачи 23 и шкива возбудителя 24 вращает вал возбудителя 13.

Центробежный вентилятор 7, закрепленный на втулке вала ротора, обеспечивает аксиально-радиальную вентиляцию генератора. Подшипниковые щиты 1 и кожух 25 закрывают корпус генератора.

Станина возбудителя типа П-70 15 выполнена сварной из листовой стали, на ней болтами укреплена магнитная система, состоящая из четырех главных и четырех добавочных полюсов. Сердечники главных полюсов 17 собраны из штампованных листов электротехнической стали и стянуты стальными заклепками в пакеты, сердечники добавочных полюсов 16 стальные, массивные. На сердечнике главных полюсов установлены катушки последовательной обмотки 19 и катушки шунтовой обмотки 18.

Катушка последовательной обмотки состоит из одного витка неизолированной ленточной меди, а катушка шунтовой обмотки изготовлена из прямоугольной меди. Обе катушки обмотаны снаружи стекломикалентой и пропитаны лаком. Катушки добавочных полюсов 14 также изготовлены из неизолированной ленточной меди, изолированы стекломиканитом и пропитаны лаком. На вал якоря возбудителя 13 насажен пакет якоря 26, состоящий из штампованных листов электротехнической стали и имеющий открытые пазы прямоугольной формы для укладки обмотки якоря. Обмотка якоря состоит из катушек, выполненных из прямоугольной меди, изолированных стекломикалентой, уложенных в открытые пазы железа якоря и закрепленных бандажами из стальной луженой проволоки.

Коллектор 12 собран из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга прокладками из миканита, а выводные концы обмоток секции якоря впаяны в шлицы коллекторных пластин. Коллектор в собранном виде посажен на вал возбудителя. Над коллектором укреплены щетки, установленные в обоймы траверсы возбудителя 11. Подшипниковые щиты 10, 20 и крышка 22 крепятся к станине и закрывают возбудитель.

Вентиляция возбудителя аксиальная. Напор воздуха для вентиляции создается центробежным вентилятором возбудителя 21.

Генераторы со статической системой возбуждения.

В этих генераторах статическая система, состоящая из неподвижных элементов (силового трансформатора, выпрямителей и т.д.), преобразует переменный ток на выводах генератора в постоянный для питания обмотки возбуждения и регулирования напряжения генератора.

Рис.5. Принципиальная схема генератора со статической системой возбуждения.

Схема генератора со статической системой возбуждения (рис.5) состоит из обмоток статора 1, обмоток ротора 2 и статической системы возбуждения (блока возбуждения и блока управления). Блок возбуждения состоит из силового трансформатора 3, селеновых выпрямителей 4, блока конденсаторов 5 и силовых выпрямителей питания 6. Элементы блока возбуждения смонтированы на литом основании, которое крепится к станине генератора и закрывается сверху колпаком.

Блок управления 7 состоит из переключателей работы П5, резистора уставки напряжения РУ и отдельно стоящих резисторов для регулирования статизма 8. С помощью блоков 7 и 8, установленных на отдельном щите, управляют выходными параметрами генератора. Принцип работы генератора аналогичен работе генератора с машинной системой возбуждения, за исключением работы статической системы.

Для поддержания напряжения на выводах генератора неизменным при любой нагрузке необходимо, чтобы ток возбуждения генератора изменялся в соответствии со значением и характером его нагрузки. В статической системе возбуждения (рис.5) использован принцип фазового компаундирования. В обмотке W2 компаундирующего трансформатора 3 и селеновых выпрямителях происходит сложение и выпрямление двух составляющих тока возбуждения: от обмотки W1 пропорциональной напряжению генератора, и от обмотки Wc, пропорциональной току генератора, сдвинутых относительно друг друга под углом, зависящим от характера нагрузки (cosφ).

Система статического возбуждения автоматически обеспечивает изменение тока возбуждения при изменении значения и характера нагрузки генератора. Так как выпрямители 4 имеют нелинейное сопротивление, что не обеспечивает начального самовозбуждения, в системе предусмотрен резонансный контур, образованный емкостью Хс конденсаторов С4-С6, подключенных к обмотке Wд, и индуктивностью рассеяния XL первичной обмотки Wi. Специальным подбором параметров при частоте 50 Гц обеспечивают XL=Xc тогда ток возбуждения уже не будет зависеть от сопротивления выпрямителей 4 и обмотки возбуждения в процессе начального самовозбуждения.

Параметры трансформатора 3 обеспечивают стабильность напряжения генератора при cosφ от 0,4 до 1,0 с точностью ±5%.

Для более точной стабилизации напряжения (±3%) служит специальная обмотка управления Wy, в которую подается постоянный ток. При протекании постоянного тока по обмотке Wy образуется магнитный поток, который замыкается по сердечнику трансформатора 3. С изменением протекающего по обмотке Wy постоянного тока изменяется постоянный магнитный поток сердечника 3 и, следовательно, ток возбуждения генератора в обмотке W2. Так как обмотка Wy питается постоянным током от двух последовательно встречных источников: выпрямителя 4 (ток Iв пропорционален напряжению возбуждения генератора) и выпрямителя питания 6 через резистор РУ и сопротивление статизма СС1 (ток Iвп не зависит от нагрузки и неизменен для любого режима), то Iу=Iвп-(-Iв) и, следовательно, напряжение возбуждения генератора будет увеличиваться с ростом нагрузки.

При нагрузке с меньшим cosφ напряжение возбуждения возрастает больше, чем при нагрузках с большим cosφ, и, следовательно, ток подмагничивания трансформатора 3 (Iвп>Iв) при реактивных нагрузках генератора будет уменьшаться больше, чем при активных. Благодаря этому осуществляется коррекция параметров системы фазового компаундирования и достигается большая точность регулирования напряжения генератора по нагрузке, чем при неуправляемом варианте фазового компаундирования.

Уставку напряжения генератора регулируют резистором РУ, включенным последовательно в цепь обмотки Wy, а составляющую тока управления Iв можно корректировать резистором СС1.

Статическая система возбуждения обладает следующими достоинствами: отсутствием движущихся частей, высокой механической прочностью конструкций, надежностью и высокой точностью регулирования напряжения, небольшими эксплуатационными затратами.

Для начального возбуждения генераторы могут иметь резонансную систему с конденсаторами (генераторы типов ДГФ, ЕСС, ГСФ-100-БК, ОС, ГСС-104-4Б), или аккумуляторную батарею (ЕСС-5, ГСФ-100М, ГСФ-200), или генератор начального возбуждения (СГДС-11-46-4), или трансформатор напряжения (ЕСС-5). Принцип работы статической системы возбуждения одинаков для всех типов генераторов, за исключением схем начального возбуждения.

Техническая характеристика генераторов со статической системой возбуждения приведена в табл.2.

Таблица 2

Технические характеристики генератора ДЭС
со статической системой возбуждения

Серия ДГФ состоит из двух типоразмеров 82-4Б и 83-4Б (8-й габарит, 2-я или 3-я условная длина, четырехполюсный). Исполнение генераторов фланцевое, защищенное, с самовентиляцией, на двух щитовых подшипниках.

Рис.6. Синхронный генератор ДГФ-82-4Б.

Генератор ДГФ-82-4Б (рис.6) состоит из статора, ротора, системы возбуждения и двух подшипниковых щитов.

Статор состоит из чугунной станины на двух лапах, сердечника 5 и обмотки 2, ротор генератора — из вала 1, сердечника 9 с обмоткой возбуждения 8, контактных колец 7. Сердечник ротора собирается из листов электротехнической стали, а обмотка ротора намотана прямоугольными проводами. Катушки полюсов соединяются между собой последовательно. Ротор уравновешивается креплением балансировочных грузов к балансировочному кольцу с одной стороны и к воронке вентилятора — с другой.

Задний щит фланцевый, литой, чугунный, имеет два окна, закрытых съемными заглушками (через них открывается доступ к крышке роликоподшипника для его осмотра и пополнения смазки). Система статического возбуждения (3, 4, 6) установлена в верхней части генератора отдельным блоком и закрыта крышкой.

Серия ЕСС состоит из двух модификаций. У генераторов модификации ЕСС точность регулирования напряжения ±2%, что обеспечивает надежную параллельную работу. Генераторы модификации ЕСС-5 имеют упрощенную схему автоматического регулирования и точность регулирования напряжения ±5%, недостаточную для надежной параллельной работы.

У генераторов ЕСС в исполнении MI01 оба подшипниковых щита одинаковы, а в исполнении М201 один из подшипниковых щитов имеет фланец и допускает соединение с двигателем только эластичной муфтой. Генераторы серии ЕСС-5 выпускают только исполнения М101. Серии ЕСС и ЕСС-5 имеют несколько типоразмеров. Например, обозначение ЕСС-82-4/М101 расшифровывается: генератор серии ЕСС, 8-го габарита, 2-й длины, четырехполюсный, на лапах с двумя подшипниковыми щитами.

Генератор ЕСС устроен аналогично генератору ДГФ, а генераторы серии ЕСС-5 имеют кроме основной обмотки статора еще и дополнительную трехфазную обмотку, которая вкладывается в полузакрытые пазы статора и служит для питания схемы возбуждения.

Рис.7. Принципиальная схема генератора ЕСС-5 с начальным возбуждением.

При пуске генератора ЕСС-5 (рис.7) за счет остаточного магнетизма в полюсах ротора 2 в основной 1 и дополнительной 4 обмотках, выведенных на доску зажимов 5, индуктируется ЭДС. Значение ЭДС дополнительной обмотки оказывается недостаточным для открытия выпрямителей 3 и самовозбуждения генератора. Поэтому для обеспечения начального возбуждения применяют два способа.

От аккумуляторной батареи 6-24 В (рис.7,б) подается кратковременный импульс постоянного тока на обмотку ротора. Импульс подается кнопкой 12 через токоограничивающий резистор 11 от источника постоянного тока 13.

От трансформатора начального возбуждения 7 (рис.7,а) через выключатель 8 подается остаточная ЭДС основной обмотки, которая, складываясь с ЭДС дополнительной обмотки, открывает выпрямители 3 и возбуждает генератор. Регулирование напряжения осуществляется с помощью стабилизирующего устройства, состоящего из компаундирующих трансформаторов 10, резисторов 6 и реостатов уставки 9.

Когда ток нагрузки генератора проходит по первичным обмоткам трансформатора 10, то в его вторичной обмотке индуктируется ЭДС, которая вызывает протекание тока по вторичным обмоткам трансформатора 10 и резисторам 6. Резистор 6 включен последовательно в цепь дополнительной обмотки возбуждения 4. Электродвижущая сила, создаваемая на резисторе 6 током нагрузки, и ЭДС дополнительной обмотки геометрически суммируются и вызывают в обмотке возбуждения увеличение тока.

Следовательно, этот ток будет пропорционален току нагрузки генератора и позволит поддерживать напряжение на выводах генератора постоянным. Реостат уставки 9 позволяет изменять напряжение генератора в пределах ±5% номинального значения.

Генераторы серии ГСФ имеют мощность 100 и 200 кВт, исполнение фланцевое, защищенное, на двух щитовых подшипниках, соединение с двигателем с помощью муфты и фланцевого подшипникового щита.

Устройство и принцип работы генератора ГСФ и генератора ДГФ аналогичны. Начальное возбуждение у генераторов ГСФ-200 и ГСФ-100М осуществляется подачей импульса постоянного тока от аккумуляторной батареи; начальное возбуждение генератора ГСФ-100 БК осуществляется с помощью резонансной системы с конденсаторами.

Генераторы серии ОС имеют мощность 8, 16, 30 и 60 кВт и две модификации, которые обеспечивают точность регулирования напряжения ±2 или ±5%.

Генераторы серии ОС выпускаются в исполнении M201 имеют несколько типоразмеров. Условное обозначение этих генераторов аналогично обозначению генератора ЕСС. Конструкция генератора бесстанинная. Пазы статора открытые, обмотка выполнена из готовых секций с изоляцией класса В из кремнийорганической резины. Ротор гребенчатый с демпферами, катушки ротора съемные. Статическая система возбуждения на полупроводниках для автоматического регулирования напряжения размещена непосредственно на генераторе.

В ДЭС используется только четырехполюсный генератор ГСС-104-4Б 10-го габарита и 4-й габаритной длины.

Исполнение генератора брызгозащищенное, с самовентиляцией, на двух щитовых подшипниках. Генератор сопрягается с приводным двигателем эластичной муфтой. Устройство и принцип действия этого генератора аналогичны устройству и принципу действия генератора.

Серия СГДС имеет устройство, аналогичное устройству генератора СГД, но обмотка возбуждения питается от статической системы самовозбуждения, состоящей из трансформаторов фазового компаундирование блока силовых выпрямителей, отдельного выпрямителя и генератора начального возбуждения Работа системы возбуждения этого генератора аналогична работе статической системы возбуждения других генераторов.



Устройство бензиновых генераторов

Общее устройство генератора

На фото изображен обыкновенный, однофазный, рамный генератор. Такие генераторы оснащены четырех тактными двигателями, в большинстве случаев аналоги Honda с верхнеклапанным расположением ГРМ. В зависимости от мощности кВт генератора, рассчитывается мощность двигателя. Другими словами для генераторов в 2.5-3.0 кВт идут двигатели до 210 куб. см. или до 7 л.с. На генераторы мощностью от 3.0-4.5 кВт устанавливаются двигатели объемом от 240 до 290 см. куб. или от 9 л.с до 11 л.с. Большие генераторы от 5.5 — 7кВт комплектуются двигателями от 13 до 15 л.с. с объемом от 390 до 420 куб. см. На совсем мощных электростанциях до 15 кВт обычно устанавливаются 2-х цилиндровые двигатели объемом от 600 куб.см.

Устройство альтернатора (генераторной части)

 

Принцип работы бензогенератора

На конусный коленвал двигателя установлен ротор, который при вращении внутри обмотки статора дает магнитное поле. После возбуждения генератора автоматическим регулятором напряжения, грубо говоря, магнитное поле превращается в электроэнергию. Такие генераторы работают на постоянных оборотах в 3000 об., что является 50 герцами и 220 вольтами. Такую частоту оборотов поддерживает механический регулятор оборотов. Нарушение количества оборотов ведет к изменению потенциала электрической величины, другими словами если обороты занижены вольтаж падает и прибор может не включиться, а если обороты завышены — подключенный прибор может и сгореть.

Устройство инверторного генератора

Устройство инверторного генератора отличается лишь тем, что вольтаж и обороты двигателя регулируются электрической заслонкой под управлением инверторной платы. Это сделано для более тихой работы устройства и для уменьшения расхода топлива. В большинстве случаев, инверторный генератор делают не на раме а в закрытом корпусе типа чемодана. Сделано это все также для того, что бы уменьшит шум работы двигателя. Инверторные генераторы рассчитаны на подключение приборов с маленьким пусковым током (типа лампочек, телевизора, холодильника, компьютера и др.). Такая техника идеальна для выезда на природу с минимальным количеством электроприборов, такой генератор можно спрятать за чем нибудь и он практически не будет доставать шумом работы. Если подключать приборы с высоким пусковым (типа насос, большие электромоторы, нагреватели, сварочники и др.), то легко можно спалить плату инвертора, которая стоит 2/3 стоимости нового генератора. Также губительны для инверторных установок длинные и тонкие удлинители, а также работа в влажных условиях, например под дождем.

 

принцип работы, классификация, как выбрать

В некоторых ситуациях невозможно обойтись без автономного источника электроэнергии. Для частного дома или дачи наиболее приемлемый вариант хороший бензогенератор. При достаточной мощности последнего от него может быть запитан даже котел отопления. Не менее актуально наличие бензинового генератора на строительных площадках для питания сварочного инвертора или другого оборудования. Собранная нами информация поможет подобрать наиболее оптимальное устройство для этих целей.

Принцип работы и конструктивные особенности

Принцип действия бензиновых и дизельных электростанций построен на преобразовании механической энергии в электрическую. Соответственно, в конструкции таких устройств имеется ДВС (двигатель внутреннего сгорания), вращающий электромашину, вырабатывающую электричество. Об устройстве и принципе действия последней, можно найти информацию на нашем сайте. Основные узлы автономного генератора представлены на рисунке ниже.

Устройство бензогенератораУстройство бензогенератора

Обозначения:

  • А – Электронный блок, отвечающий за управление генератором и стабилизацию напряжения.
  • В – Генератор электроэнергии, в этом качестве используется синхронная или асинхронна электро машина.
  • С – Контрольные приборы электронного блока.
  • D – Крепежная рама, которая также играет роль защитного каркаса.
  • E – Горловина топливного бака.
  • F –Топливный бак.
  • G – двух- или четырехтактный карбюраторный или инжекторный ДВС.

О силовом приводе генераторной установки необходимо рассказать подробней.

ДВС бензогенератора

В качестве привода в таких установках могут использоваться двух и четырехтактные бензиновые двигатели. Расскажем об особенностях каждого из них.

Двухтактный бензогенератор

К числу несомненных преимуществ таких механизмов можно отнести невысокую стоимость, компактные размеры, небольшой вес и низкий уровень шума. Существенные минусы:

  1. Малый ресурс (вдвое меньше, чем у четырехтактных моделей).
  2. Необходимость заливать моторное масло в бензин. Поскольку у такой смеси срок хранения ограничен двумя неделями, готовить ее придется непосредственно перед запуском. Помимо этого наличие масла в бензине существенно повышает токсичность выхлопа. Именно поэтому запрещен монтаж генератора в гараже или других закрытых помещениях, без системы отвода выхлопных газов. Нарушение этого требования может привести к печальным последствиям, содержащиеся в выхлопе токсичные вещества вредны для человека и животных.
  3. Топливная смесь в ДВС данного типа не сгорает полностью, что повышает ее расход.
Переносной 2-х тактный мини генератор марки SRGE 650Переносной 2-х тактный мини генератор марки SRGE 650 (220 вольт, 0,65 кВт, однофазный)

Такие дешевые генераторы идеальный вариант автономного источника питания для отдыха на природе. Собственно, для этой цели имеет смысл не приобретать установку, а взять в аренду.

Четырехтактная установка

Основные преимущества таких установок меньший расход топлива, чем у предыдущего типа (до 30-35%) и вдвое больший ресурс. Достигается это за счет раздельной системы смазки двигателя. Но за эти преимущества придет заплатить более высокую цену по сравнению с двухтактными моделями. С другой стороны, если принимать в расчет двукратное увеличение ресурса, то переплата будет несущественной. Вес установки и ее габариты несколько ограничивают сферу применения, например, для похода и пикника она не подходит.

4-х тактный генератор Ямаха (Yamaha)4-х тактный генератор Ямаха (Yamaha)

Такая станция, как показана на рисунке выше, может служить в качестве аварийного источника электроэнергии для загородного дома, дачи. Помимо этого имеется возможность подключить электроинструмента на строительной площадке, где нет подвода электричества..

Тип электромашины

В качестве генератора автономной электростанции может использоваться синхронная или асинхронная электромашина. Подробное описание конструкции и принципа действия этих установок можно найти на нашем сайте.

Станции с асинхронными электромашинами за счет простой конструкции отличаются простотой конструкции, соответственно, бесщеточные генераторы стоят значительно дешевле и обладают большим ресурсом, чем синхронные установки. Но, следует учесть, что у последних проще реализовать регулировку выходного напряжения, делается это путем управления числом оборотов. Именно поэтому синхронные генераторы более эффективны при резком изменении нагрузки. Чтобы снизить «проседание » напряжения в установках с асинхронными машинами, в их конструкции применяются системы, позволяющие кратковременно повысить мощность.

Система зажигания

Что касается системы запуска, то она бывает ручной и автоматической. В первом варианте установка включается ручным или электрическим стартером непосредственно на месте. В последнем случае имеется возможность организовать удаленный запуск после небольшой переделки (если эта функция не была предусмотрена производителем).

Во втором варианте исполнения генератор начинает работать при отключении централизованного энергоснабжения. Станции с автозапуском самый надежный вариант аварийного электроснабжения для дачи или загородного дома.

Инверторные установки

Частота трехфазной и однофазной сети переменного тока 50 Гц, этот параметр должен быть стабилизирован в генераторе, в противном случае подключенное к нему оборудование может выйти из строя. Чтобы обеспечить это условие вал электромашины должна вращаться с определенной частотой оборотов. В результате, даже при низкой нагрузке ДВС должен работать на полную мощность, что существенно снижает эффективность станции.

Проблему с бессмысленным расходом топлива можно решить путем установки специального электронного блока на выход генератора. В таком устройстве переменное напряжение, поступающее с электромашины, преобразуется в постоянный ток. После этого производится обратное преобразование, но уже с заданной частотой.

Такие инверторные установки самые экономичные, поскольку при низкой нагрузке позволяют снижать частоту оборотов ДВС, тем самым регулируя мощность электрогенератора, а, следовательно, и расход топлива. В качестве примера можно привести инверторные агрегаты Redverg, Honda, сварочный Чемпион(Champion), Eurolux, Inforce и т.д.

Генератор инверторный HondaГенератор инверторный Honda

Классификация бензоэлектростанций

В зависимости от ресурса установок и мощности их принято разделять на бытовые, профессиональные и стационарные. Первые, как правило, рассчитаны на работу не более 3-х часов в сутки (например, Navigator SPG 2700, а также модельный ряд таких производителей, как Ergomax, Technic, Wester, Megavolt, Genctab и т.д.).

), вторые могут беспрерывно функционировать не менее 8-ми часов. Для повышения ресурса в цилиндры двигателя устанавливаются чугунные гильзы. При более восьмичасовой эксплуатации использовать бензиновые установки не целесообразно, дешевле перейти на станции с дизельным приводом.

Бытовой генератор Firman SPG3800Бытовой генератор Firman SPG3800

Бытовые аппараты ограничены мощностью 4 кВт, но встречаются и более мощные генераторы этого класса. В качестве примера можно привести Fubag bs 6600, Ultra PG 3200, Kipor KDE6500E3.

Мощность профессиональных агрегатов, как правило, не превышает 15 -16 кВт, такие станции можно встретить в модельном ряде Shtenli, Etalon, Genset, Skat, ТНГ и т.д. Пример такой установки представлен ниже.

Электростанция Robin Субару (Subaru)Электростанция Robin Субару (Subaru) EB 14,0/230-SLE 14 кВт 380в (3 фазы)

Более мощные установки (до 30кВт) выпускаются в стационарном исполнении. Как правило, такие модели запускаются как автоматически, так и вручную. На электростанциях с мощностью от 30 кВт устанавливать бензиновый двигатель нерентабельно ввиду малого ресурса работы и большого расхода топлива. Именно поэтому мощные генераторы приводятся в действие дизельным двигателем.

Стационарная бензиновая электростанция Вепрь АБП 20-Т400/230 ВК-БССтационарная бензиновая электростанция Вепрь АБП 20-Т400/230 ВК-БС (20 кВт, с автозапуском, 400/230 В, 3-х фазный, производство Россия)

Как сделать правильный выбор?

В первую очередь необходимо определиться с задачами, возложенными на установку. В зависимости от этого подбирается мощность станции. Это очень важный момент, поскольку при неправильном выборе возникнут следующие проблемы:

  • Мощность меньше необходимой ведет к перегрузке установки, что может вызвать ее остановку. Помимо этого следует учитывать, что длительное функционирование в нештатном режиме снижает ресурс станции, при этом потребляется больше топлива.
  • Сильно завышенная мощность установки ведет к нецелевому расходу бензина.

Чтобы не допустить описанные выше ситуации, следует рассчитать мощность. Делается это следующим образом:

  1. Определяемся, какие приборы будут запитаны от автономного источника.
  2. Суммируем мощность нагрузки.
  3. Добавляем 25-30% для запаса.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса, есть важный нюанс – пусковая мощность, то есть, при включении оборудования она будет кратковременно выше номинальной. Это необходимо учитывать, в противном случае подключенное устройство может просто не заработать. Поэтому необходимо производить расчет для пусковой мощности, по следующей формуле PП = PНОМ * k,

  • PП – пусковая мощность;
  • PНОМ— номинальная;
  • k – коэффициент запаса мощности (табличная величина).

Таблица 1. Зависимость пусковой мощности от номинальной, с учетом коэффициента k.

Название прибора PНОМ (кВт) Коэффициент запаса мощности (k) PП (кВт)
Бытовые холодильники 0,70 3,50 2,45
Микроволновые печи 0,80 2,0 1,60
Стиральные машины 2,0 1,0 2,0
Ударные и безударные дрели, а также перфораторы 1,0 1,2 1,2
Углошлифовальные машинки 2,2 1,3 2,86
Насосы для скважин 1,0 3,0-5,0 5,0
Миксеры для бетона 1,0 3,5 3,5

Приведем пример расчета. Допустим, в случае аварийного отключения электросети, от автономного источника планируется запитывать холодильник и стиральную машину, в этом случае суммарная пусковая мощность будет 4,45 кВт. Добавляем, на всякий случай, запас 20%, получаем – 5,34 кВт. В этом случае можно констатировать, что мощности станций Зубр ЗЭСБ 3500 и Fubag TI 3000 будет недостаточно (3,5 кВт и 3,0 кВт). Ударник УБГ 8200 и Fubag BS 7500 также не подходят, поскольку их мощность существенно выше (8,2 кВт и 7,5 кВт, соответственно). Установка Fogo FH 5001 не отвечает требованию о необходимости 20% запаса, а вот Fubag BS 5500 идеально подходит для решения поставленной задачи.

Генератор Fubag BS 5500 со встроенным стабилизатором напряженияГенератор Fubag BS 5500 со встроенным стабилизатором напряжения

Определившись с мощностью, выбираем устройство с учетом его технических характеристик. При этом необходимо учитывать, какое напряжение выдает станция, количество фаз, наличие дополнительного питания 12 В, например, чтобы иметь возможность подключить компрессор автомобиля. Такие модели можно встретить у следующих производителей: DDE, Workmaster, Sturm, Forte, Элитеч и т.д.

Следует определиться с необходимостью наличия автозапуска, если станция будет использоваться в качестве аварийного автономного источника, то такая система необходима.

Генератор Элемакс с АВР (система автоматического ввода резерва)Генератор Элемакс с АВР (система автоматического ввода резерва)

Для установок на строительных площадках, которые предназначены для работы со сварочным аппаратом или другим электроинструментом в такой автоматике нет необходимости. С данной задачей вполне справится такой аппарат, как Мakita EG 2850a или Фирман (Firman) FPG 7800, последний можно завести вручную и удаленно.

Если планируется установка мощного стационарного генератора для дома или дачи, имеет смысл рассмотреть вариант исполнения с водяным охлаждением, такие аппараты имеют больший ресурс.

Важно прочитать на бензогенератор описание, где указаны характеристики аппарата. Причем желательно получить информацию с паспорта устройства. Те, кто писал описание, могли сделать ошибку или сознательно завысить некоторые параметры в маркетинговых целях.

Расход топлива

Не менее важным фактором является расход бензина, например китайский Матрикс (Matrix) и Вепрь российского производства мощностью 3 кВт потребляют около 1,5 литров топлива в час. Японские изделия Hitachi и Mitsui Power ECO, а также корейской фирмы Хундай, при той же мощности в 3 киловатта потребляют около 1,2 литра бензина в час.

Следует отметить, что существуют генераторы, использующие газ в качестве топлива, такие системы стоят несколько дороже однотипных бензиновых устройств. Но если принять в учет разницу в стоимости газа и бензина, то приобретение такой станции будет оправданным.

https://www.youtube.com/watch?v=Zdk88z3Cu84

Советы по выбору производителя от эксперта

  • Здесь все как обычно, продукция известных брендов отличается качеством, выше которого может быть только стоимость таких изделий. Если принято решение установить такой бензиновый генератор, то имеет смысл ознакомиться с рейтингом лучших производителей, где приводится топ 10 компаний. Учитывая современные реалии, не забудьте поинтересоваться у продавца о наличии сервисного центра.
  • Поскольку у бензогенератора относительно небольшой ресурс, обеспокоиться о доступности запчастей лучше заранее, потому, что от неработающей электростанции толку мало. С этой же точки зрения, имеет смысл рассмотреть модели, у которых реализована система самодиагностики, с выводом кодов ошибок на информационный дисплей.
  • Неплохо зарекомендовали себя военные отечественные модели, которые неприхотливы в работе, но отличаются «прожорливостью».
  • Бывают случаи, когда под видом брендовой продукции продаются контрафактные изделия, поэтому всегда проверяйте сертификат соответствия.

Список использованной литературы

  • Варламов Г.Б., Вольчин И.А., Казанский С.А. «Познание и опыт — путь к современной энергетике» 2012 – 2013
  • Кашкаров А. П. «Современные био-, бензо-, и дизель-генераторы и другие полезные конструкции» 2011
  • В. Балагуров, Ф. Галтеев «Электрические генераторы с постоянными магнитами» 1988

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)


Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

Классика жанра — генератор ВЧ

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Индуктивная трехточка

Эту схему выбираю я, и советую вам.

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Вот он

Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)Схемы генераторов высокой частоты (ВЧ)

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

Механизм генерации

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ,

Устройство, принцип действия и конструкция синхронного генератора, режимы работы

Синхронным генератором (СГ) называют устройство, выполняющее функцию трансформации механической энергии в электрическую. Принцип работы и устройство синхронного генератора достаточно просты и надежны. Такое энергетическое оборудование востребовано для использования в мобильных авторемонтных мастерских, для ремонта и обслуживания станков-качалок, спецмашин нефтегазовой отрасли, на ГЭС, ТЭС, АЭС, в транспортных системах.

Основные конструктивные элементы

Основные части синхронного генератора: неподвижная — статор, вращающаяся — ротор, представляющая собой электромагнит, и две основные обмотки.
  1. Одна обмотка статора («обмотка возбуждения») запитывается от источника постоянного тока, функцию которого выполняет электронный регулятор напряжения. Регулятор используется в генераторах с самовозбуждением. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение осуществляется с использованием остаточного магнетизма магнитопровода СГ. При этом энергия переменного тока поступает от обмотки статора СГ. Комплекс из понижающего трансформатора и полупроводникового выпрямителя-преобразователя трансформирует ее в энергию постоянного тока.
  2. Ток, протекающий в обмотке возбуждения статора, наводит ЭДС на обмотке возбуждения якоря генератора. Статор возбудителя, как конструкционный элемент может отсутствовать, и тогда его функции выполняют постоянные магниты.
  3. Обмотка ротора, в которой индуцируется ЭДС, называется обмоткой возбуждения якоря, или якорем возбудителя.
  4. Переменное напряжение, возникающее на обмотке якоря возбудителя, выпрямляется в блоке вращающихся диодов, которые так же называются словосочетанием «диодный мост», и превращает силовую обмотку ротора во вращающийся электромагнит, который наводит ЭДС в силовой обмотке статора СГ.
  5. Силовые обмотки и обмотки возбуждения монтируются в пазы якоря и ротора.
  6. Генераторы по типу выходного напряжения делятся на одно-, или трехфазные. Основное распространение в промышленности имеют трехфазные синхронные генераторы, а в быту — однофазные.

В конструкцию статора входит корпус, внутри которого расположен сердечник, или пакет, собираемый из листов электротехнической стали особой формы. На качество электрического тока влияют такие факторы как: цельность листов в пакете (бывают цельными или составными), качество и материал обмотки. Для обмотки применяется медный эмаль-провод, а в дешевых устройствах возможна замена меди на алюминий.

Роторы изготавливаются явнополюсными или неявнополюсными.

  • Явнополюсные роторы предназначены для синхронных генераторов, работающих с двигателями внутреннего сгорания с низкой частотой вращения — 1500 и 3000 об/мин.
  • Неявнополюсные роторы востребованы в высокоскоростных (более 3000 об/мин) механизмах переменного электрического тока высокой мощности. Обычно их размещают на одном валу с паровыми турбинами. Такие СГ называют «турбогенераторы».

Определение скорости вращения

Понятие «синхронный» означает, что число оборотов находится в прямой математической зависимости от частоты тока. Эта зависимость определяется по формуле n = 60*f/p, где:

  • n — скорость вращения, об/мин;
  • f — частота, в бытовой электрической сети она равна 50 Гц;
  • p — количество пар полюсов.

Принцип работы СГ

Принцип работы синхронного генераторы: возбуждение ЭДС Работа синхронной машины в режиме электродвигателя

Принцип действия машины в режиме синхронного генератора:

  1. При пропускании через обмотку возбуждения постоянного тока образуется стабильное во времени магнитное поле с чередующейся полярностью.
  2. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки якоря возбуждаются переменные ЭДС.
  3. Переменные ЭДС суммируются, образуя ЭДС фаз. Трехфазная система образуется тремя одинаковыми обмотками, размещаемыми на якоре под электрическим углом друг к другу, равным 120°.

В случаях, если централизованное электроснабжение имеет недостаточную мощность или отсутствует, как, например, на удаленных стройплощадках, нефтегазодобывающих объектах, морских и воздушных судах, СГ в составе с двигателем внутреннего сгорания функционируют в автономном режиме. При необходимости создания мощных источников питания синхронные двигатели включают на параллельную работу. Такой способ включения позволяет более полно использовать мощность каждой машины и при необходимости выводить отдельные СГ в ремонт без прекращения эффективного электроснабжения потребителей.

Второй режим работы синхронной машины — выполнение функций электродвигателя. Обычно СГ востребован в качестве двигателя в высокомощных установках более 50 кВт. Для работы в режиме электродвигателя обмотку статора подключают к электросети, а обмотку ротора — к источнику постоянного тока. Вращающий момент возникает при взаимодействии вращающегося магнитного поля СГ с постоянным током обмотки возбуждения.

Концепция абсорбционной холодильной системы, работающей при источниках низкой энтальпии

Мы представили одну абсорбционную установку; возможно изучение комбинированных или гибридных систем.

Для комбинированной системы абсорбционный цикл служит для обеспечения конденсации хладагента для цикла сжатия пара. Последний может работать при желаемых температурах конденсации и испарения.

В гибридной системе компрессор действует как связующее звено между двумя ступенями абсорбции.

3.1. Комбинированные установки

Система, представленная в качестве примера на Рисунке 3, использует для установки компрессию пара R134a и пару водо-аммиачной абсорбции для установки.

Температура конденсации 30º C, а температура испарения R134a -10º C. КПД поглощения установки составляет всего 0,64 [1].

Эта система может быть прибыльной, если у вас есть бесплатный источник энергии или рекуперации, такой как солнечная энергия, тепловые выбросы газовых электростанций или геотермальная энергия.

Рис. 3.

Комбинированная установка

Эта абсорбционная / компрессионная холодильная установка предлагается для повышения общей эффективности цикла. КПД без учета работы насоса и требуемой энергии генератора достигает 5,4–6,2, что выше, чем у одного цикла сжатия пара и цикла абсорбции при тех же рабочих условиях (температура испарения 263 K и температура конденсации 308 ° C). К).

Эта система дает возможность снизить постоянно увеличивающееся потребление электроэнергии.

Необходимы дальнейшие исследования для оптимизации конструкции комбинированной системы и рабочих параметров, а также для оценки эффективности и осуществимости системы. Пилотная установка может быть построена рядом с геотермальными, солнечными или отработанными источниками энергии [1].

3.2. Двухступенчатая система

В двухступенчатой ​​абсорбционной системе, показанной на рисунке 4, перемещение хладагента с низкого давления на высокое с помощью двух последовательно соединенных термокомпрессоров 1 и 2.Для анализа цикла превращений рассмотрим следующие допущения:

Температуры выходных богатых растворов из поглотителей Ab 1 и Ab 2 равны и идентичны температуре конденсации T c .

Температуры выходных слабых растворов от генераторов Ge 1 и Ge 2 равны.

Рисунок 4.

Абсорбционная машина с двухступенчатой ​​

В контуре отсутствует трение о стенки.

В этой установке первый термокомпрессор транспортирует хладагент от низкого давления P F к промежуточному давлению Pi, соответствующему температуре насыщения хладагента, T i . Массовые названия составляют соответственно x r1 и x p1 для богатых и бедных решений.

Второй термокомпрессор транспортирует хладагент с промежуточным давлением Pi до давления конденсатора Pc. Массовые названия — xr2 и xp2 соответственно для богатых и бедных решений.

Добавление одной или нескольких промежуточных ступеней имеет прямое влияние на снижение температуры генератора. Но если количество ступеней увеличивается, КПД снижается. Многоступенчатые системы изучались несколькими авторами; результаты показывают, что COP составляет около 0,37, но температура генератора ниже, чем у одноступенчатой. Температура генератора может достигать 65 ° C, когда T c составляет 40 ° C, а КПД установки составляет 0,26, что относительно выше, чем у одноступенчатого устройства, которое не превышает 0.25 для температуры испарения -10 ° C. Эти рабочие условия могут быть выгодны для повышения ценности источников энергии при низкой энтальпии.

3.3. Другие многоступенчатые системы

Мы разрабатываем другие двухступенчатые конфигурации, детализируем расчет баланса энергии и массы для некоторых из них.

Несколько авторов рассматривали различные конфигурации абсорбционной машины. Некоторые системы состоят из простой сценической машины [10-15], а другие образуются последовательностью этапов с различными ассоциациями компонентов и иногда с добавлением других новых компонентов [16-20].В следующем разделе мы представляем три различные конфигурации многоступенчатой ​​холодильной системы и разрабатываем новую абсорбционную гибридную конфигурацию. Мы объясним и количественно оценим его приспособляемость к источникам с низкой энтальпией. Все конфигурации объекта данной работы сопровождаются представлением соответствующего цикла на диаграмме Олдхема.

3.3.1. Система AGEcAG

Каскадная система состоит из двух элементарных циклов, каждый из которых рассматривается как одноступенчатый, с основным отличием в том, что вторая ступень работает при более высоких температурах испарения и конденсатора (см. Рисунок 5).На рисунке 6 показана диаграмма цикла Олдхема.

Далее мы разрабатываем баланс энергии и массы для системы AGEcAG. Коэффициент уноса — это необходимый поток богатого раствора, способный переместить 1 кг NH 3 из генератора.

fi = xvi − xpixri − xpiE7

Пропорция горячего и холодного потоков в смесителе (испарительном конденсаторе) отмечена y и определяется следующим образом:

y = hv1 − hsor_mé_liq (hsor_mé_va − hsor_cd) E8

Рисунок 5.

Система AGEcAG

Рисунок 6.

Oldham Схема системы AGEcAG

Представлен энергетический баланс для каждого компонента установки. Пренебрегая выпрямителем, мы получаем для конденсатора, испарителя, генератора и смесителя соответственно:

Q˙CD = m˙Nh4y⋅ (hv2 − hsor_cd) E9

Q˙EV = m˙Nh4 (hsor_ev − hsor_mé_liq) E10

Q˙GE1 = m˙Nh4 (hv1 + (f1−1) ⋅hsor_ge1 − f1⋅hseuil1) E11

Q˙GE2 = m˙Nh4y⋅ (hv2 + (f2−1) ⋅hsor_ge2 − f2⋅hseuil2) E12

Q˙AB1 = m˙Nh4 (hsor_ev + (f1−1) ⋅hent_ab1 − f1⋅hsor_ab1) E13

Q˙AB2 = m˙Nh4y⋅ (hsor_mé_liq + (f2−1) ⋅hent_ab2 − f2⋅hsor_ab2000) E14

˙Mé = m˙Nh4 (hv1 − hsor_mé_liq) E15

После разработки баланса энергии и массы для каскадной системы AGEcAG,

Система COP определяется следующим образом:

COP = Q˙EVQ˙GE1 + Q˙ GE2E16

Где Q˙GE1, Q˙GE2 и Q˙EV — мощность генераторов и испарителя, соответственно.

Отметим, что для рассматриваемой абсорбционной холодильной системы вторая ступень используется для понижения рабочей температуры первой ступени, а не для увеличения КПД. Очевидно, что количество энергии, требуемой для системы, больше, чем требуется для одной ступени, из-за двух компонентов генератора.

3.3.2. Система AGAG

Эта машина состоит из двух абсорберов, конденсатора, работающего при одинаковой температуре TAB, двух генераторов, работающих при одинаковых температурах (T GE1 = T GE2 ), и испарителя.Помимо абсорбера AB 1 и испарителя EV, абсорбер AB 2 и генератор GE1, конденсатор CD и генератор GE 2 работают соответственно при давлениях P EV , P moy и P . CD . Связь между двумя ступенями обеспечивается между генератором G E1 и поглотителем AB 2 (см. Рисунок 7). На рисунке 8 показана диаграмма цикла Олдхема.

Мы разрабатываем ниже, баланс энергии и массу для каскадной системы AGAG

Для расчета коэффициентов уноса мы используем уравнение (6) и после определения x ri , x pi для (i = 1 или 2) это названия богатого решения и плохого решения для первого этапа (i = 1) и второго этапа (i = 2).

Рисунок 7.

Система AGAG (соединение генератор — абсорбер)

Рисунок 8.

Диаграмма Олдхема системы AGAG

m˙Nh41 и m˙Nh42 — это массовый расход хладагента на 1-й и 2-й ступенях соответственно. Баланс массы для двух стадий дает:

m˙Nh4 = m˙Nh4iE17

Из (17) можно вывести два уравнения:

m˙SRi = fi⋅m˙Nh4iE18

m˙Spi = (fi− 1) ⋅m˙Nh4iE19

Для i = 1 или 2

Для установления баланса энергии мы принимаем те же допущения и пренебрегаем работой насосов и тепловой мощностью двух ректификационных колонн.

Тепло, выделяемое из конденсатора:

Q˙CD = m˙Nh4 (hv2 − hsor_cd) E20

Тепло, добавленное к испарителю:

Q˙EV = m˙Nh4 (hsor_ev − hsor_cd) E21

Тепло, добавляемое к генераторам:

Q˙GE1 = m˙Nh4 (hv1 + (f1−1) ⋅hsor_ge1 − f1⋅hseuil1) E22

Q˙GE2 = m˙Nh4 (hv2 + (f2−1) ⋅hsor_ge2− f2⋅hseuil2) E23

Тепло, выделяемое поглотителями, равно:

Q˙AB1 = m˙Nh4 (hsor_ev + (f1−1) ⋅hent_ab1 − f1⋅hsor_ab1) E24

Q˙AB2 = m˙Nh4 (hv1 + ( f2−1) ⋅hent_ab2 − f2⋅hsor_ab2) E25

Мы выводим коэффициент производительности как:

COP = Q˙EVQ˙GE1 + Q˙GE2E26

Используя выражение Q˙EV, Q˙GE1andQ˙GE2 , явная формула коэффициента производительности принимает следующий вид:

COP = (hsor_ev − hsor_cd) (hv1 + (f1−1) hsor_ge1 − f1hseuil1) + (hv2 + (f2−1) hsor_ge2 − f2hseuil2) E27

В этой системе, Примечательно, что здесь один испаритель и два генератора, поэтому потребление энергии выше.Это вдвое больше, чем в одноступенчатом режиме, но дополнительная ценность этой системы заключается в снижении температуры генератора. Таким образом, мы можем сделать вывод, что для этого предварительного исследования КПД этой системы ниже, чем у одноступенчатой.

3.3.3. Система AAG

Система работает следующим образом; богатый раствор откачивается из абсорбера AB 2 (при температуре T AB и промежуточном давлении Pmoy) и поступает в генератор. Пары аммиака поступают в конденсатор CD, а бедный раствор выходит через абсорбер AB 1 .Связь между двухступенчатыми застрахована между поглотителями AB 1 и AB 2 (см. Рисунок 9). На рисунке 10 показана диаграмма цикла Олдхема. В таком случае COP определяется как.

COP = Q˙EV1 + Q˙EV2Q˙GEE28

Рисунок 9.

Система AAG (соединение абсорбер-абсорбер)

Рисунок 10.

Схема Олдхема системы AAG

3.3.4. Новая система

В предыдущих разделах представлены различные возможные комбинации соединений между различными компонентами двухступенчатой ​​абсорбционной холодильной системы; мы предлагаем новую разработанную систему.Конфигурация заключается в установке компрессора между первой и второй ступенями. Рассматриваемая новая система состоит из двух генераторов, двух поглотителей; конденсатор, испаритель и компрессор (см. рисунок 11).

Рисунок 11.

Новая система

Рисунок 12.

Диаграмма Олдхэма новой системы

Для определения коэффициентов уноса, массового расхода и тепла различных компонентов такой машины мы используем те же уравнения, что и для каскад AGAG, кроме моделирования компрессора, которое необходимо изучать отдельно.Фактически, для определения мощности компрессора мы рассматриваем аммиак на выходе из генератора (GE 1 ) как идеальный газ. Для изэнтропического процесса соотношение Лапласа дает:

Tent_comp × Pent_comp (1 − k) / k = Tsor_comp × Psor_comp (1 − k) / kE29

Где: T ent_comp , P ent_comp и, T sor_comp , P sor_comp — температура и давление компрессора на входе и выходе соответственно.

В предположении изоэнтропических процессов (идеальный случай) потребляемая мощность определяется как:

Q˙is = m˙HN3cpNh4 × (Tsor_comp − Tent_comp) E30

Но мы должны учитывать изэнтропию η, где действительная мощность:

Q˙réel = Q˙isηisE31

Q˙réel = m˙HN3 (hsor_comp − hent_comp) E32

Таким образом, мы можем вывести из (20) и (21) значение энтальпии пара на выходе из компрессора:

hsor_comp = hent_comp + Q˙ism˙HN3ηisE33

При

ηis = 0.874−0.0135⋅τE34

τ = PsortiePentréeE35

В этом случае мы отмечаем, что формулировка COP отличается от других систем, поскольку она зависит от механической работы, которой уже нельзя пренебречь. Поэтому, помимо мощности двух генераторов, учитывается мощность компрессора (Q˙comp). Выражение COP принимает следующий вид:

COP = Q˙EVQ˙GE1 + Q˙GE2 + Q˙compE36

3.4. Результаты и обсуждения

Несколько исследований были посвящены определению КПД и ограничениям условий эксплуатации абсорбционной системы [21-23].Чтобы оценить производительность абсорбционной холодильной системы по сравнению с различными ранее представленными конфигурациями, мы разработали числовую программу. Процедуры расчета термодинамических свойств жидкости и коэффициента полезного действия были получены с использованием компьютерных средств MAPLE.

3.4.1. Одноступенчатая машина

Устанавливая три температурных уровня T EV , T AB , T GE и различные рабочие условия, мы определяем термодинамические свойства исследуемой холодильной системы, позволяя оценить ее коэффициент полезного действия.

Отметим, что COP зависит в основном от температуры кипения (необходимой для получения желаемого холода), температуры конденсации (функция температуры охлаждения компонентов абсорбера и конденсатора) и, наконец, температуры генератора.

Для фиксированной температуры генератора T GE с данными о температуре конденсации мы анализируем численно изменение COP одноступенчатой ​​машины в зависимости от температуры испарителя (см. Рисунок 13). В соответствии с рисунками 13 и 14 мы отмечаем, что коэффициент Эффективность одноступенчатой ​​абсорбционной системы увеличивается с повышением температуры испарителя и увеличивается с понижением температуры конденсатора.

Из рисунка 13 видно, что система COP выше для низких значений T CD и высоких значений T EV . Очевидно, что диапазон условий работы одноступенчатой ​​машины можно адаптировать к различным температурам генератора. Следует отметить, что при температуре генератора 100 ° C и температуре конденсации выше 40 ° C машина может работать при температуре испарителя выше -5 ° C. В этих условиях соответствующий COP составляет примерно 0.45. Можно сделать вывод, что при температуре 100 ° C в генераторе, 40 ° C или выше для конденсации, одноступенчатая машина более благоприятна для кондиционирования воздуха (T EV > 0), чем для охлаждения. COP может достигать 0,55 при температуре конденсации 45º C и температуре испарителя 15º C. Кроме того, при увеличении температуры генератора на 10º C та же система может работать при температуре -15º C (испарение) с теми же ограничениями. при температуре конденсации (40º C) для достижения COP 0.3. Для производства холода абсорбционная система теряет почти одну треть машины COP.

Рис. 13.

Изменение COP в зависимости от TEV для различных температур TAC и TGE = 100 ° C и 110 ° C

Далее мы фиксируем температуру испарителя для каждого семейства кривых. Численные результаты иллюстрируют изменение коэффициента полезного действия для различных температур генератора. У каждого семейства есть разные кривые для разных температур конденсации, выбранных в диапазоне от 30 ° C до 40 ° C (см. Рисунок 14).

Отметим, что КПД увеличивается с увеличением температуры генератора и испарителя. Хотя оптимальное функционирование зависит от температуры конденсации, на самом деле, если она увеличивается, КПД снижается. Производство холода начинается при температуре генератора выше 110 ° C. С другой стороны, рисунки 13 и 14 показывают, что одноступенчатая абсорбционная система имеет ограниченные рабочие температуры испарения, конденсации и температуры генератора.

3.4.2 Многоступенчатая машина

Для каскадных циклов мы отмечаем, что существует множество конфигураций, разница между ними заключается в связи между различными компонентами холодильной установки, на рисунках 15 и 16 показано изменение COP по сравнению с возможные температуры генератора и испарения.

Рисунок 15.

Изменение COP в зависимости от TGE для P1 = 500 кПа, P2 = 900 кПа и TEV = -10 ° C.

Рисунок 16.

Изменение COP в зависимости от TGE для P1 = 500 кПа, P2 = 900 кПа и TEV = -5º C

Анализ изменения COP в зависимости от различных температур показывает, что коэффициент полезного действия увеличивается, когда температура конденсации уменьшается, а температура испарения увеличивается. Кроме того, отметим, что на первой части кривой КПД увеличивается с увеличением температуры генератора до значения 85 ° C.

На рисунках 15 и 16 показано, что КПД является максимальным для диапазона температур генератора от 60 до 85 ° C.

На рисунках 17 и 18 показано изменение КПД в зависимости от промежуточного давления, P 1 , P 2 . Они показывают, что средние значения давления не оказывают большого влияния на повышение производительности абсорбционной холодильной системы; Преимущество этой установки в том, что она может увеличить разницу в заголовке между богатым и слабым решениями.Примечательно, что эта машина может работать при низких температурах. Эффективность предлагаемой гибридной абсорбционной системы может достигать 8,2, в то время как эффективность, предложенная в литературе, не может превышать 5.

В следующем разделе мы представляем, соответственно, изменение COP в зависимости от температуры генератора и промежуточного давления (рисунки 19,20 и 21).

Рисунок 17.

Изменение COP в зависимости от P1 для TEV = -10 ° C, P2 = 1000 кПа и TGE = 90 ° C

Рисунок 18.

Изменение COP по сравнению с P1 для TEV = -10 ° C, P2 = 1000 кПа и TGE = 110 ° C

Рисунок 19.
Изменение COP

в сравнении с TGE с TCD = 45 ° C и Pmoy = 700 кПа

Рисунок 20.

Изменение COP по сравнению с Pint с TCD = 40 ° C и TEV = -10 ° C

Рисунок 21.

Изменение COP по сравнению с Pint с TCD = 45 ° C и TEV = -10 ° C

Из рисунков 19, 20 и 21 мы заключаем, что КС всегда меньше 0,28.

.

Принцип работы -Электрохимический датчик газа

Принципиальные схемы газового датчика электрохимического типа и химических реакций

Датчик газа Фигаро Электрохимический тип представляет собой амперометрический топливный элемент с двумя электродами. Основными компонентами двух электродных датчиков газа являются рабочий (чувствительный) электрод, противоэлектрод и ионный проводник между ними. Когда токсичный газ, такой как оксид углерода (CO), контактирует с рабочим электродом, на рабочем электроде происходит окисление газа CO в результате химической реакции с молекулами воды в воздухе (см. Уравнение 1).

CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e … (1)

Соединение рабочего электрода и противоэлектрода посредством короткого замыкания позволит протонам (H +), генерируемым на рабочем электроде, течь к противоэлектроду через ионный проводник. Кроме того, генерируемые электроны перемещаются к противоэлектроду по внешней проводке. На противоэлектроде будет происходить реакция с кислородом воздуха (см. Уравнение 2).

(1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O… (2)

Общая реакция показана в уравнении 3. Датчик газа электрохимического типа Figaro работает как батарея, при этом газ является активным материалом для этой общей реакции батареи.

CO + (1/2) O 2 → CO 2 … (3)

Путем измерения тока между рабочим электродом и противоэлектродом этот электрохимический элемент можно использовать в качестве датчика газа.

Теоретическое уравнение для обнаружения CO

Чтобы измерить выходной ток датчика, он должен быть подключен к внешней цепи. Управляя потоком газа к рабочему электроду с помощью диффузионной пленки, выходной ток, протекающий по внешней цепи, будет пропорционален концентрации газа (см. Уравнение 4 и диаграмму справа). Линейная зависимость концентрации газа от выходного сигнала сенсора делает эту технологию идеальной для приложений обнаружения газа.

I = F × (A / σ) × D × C × n… (4)

где:
I: Выход датчика
F: Постоянная Фарадея
A: Площадь поверхности диффузионной пленки
σ : Толщина диффузионной пленки
D: Коэффициент диффузии газа
C: Концентрация газа
n: Количество реакционных электронов

Характеристики

Потенциал окисления газообразного СО (выраженный в уравнении 1) ниже, чем потенциал окисления электрода (2H + + 2e ⇔ H 2 ), т.е.е. окисление CO имеет менее благородный потенциал, чем раскисление. Поскольку эта реакция протекает легко, для стимуляции химической реакции сенсора не требуется никакой внешней энергии, в отличие от сенсоров трехэлектродного типа. В результате этот датчик с двумя электродами обеспечивает превосходные характеристики помехоустойчивости, повторяемости и энергопотребления.

.

Инфракрасный недисперсионный анализатор CO2 Принцип работы Инструментальные средства

Анализатор CO2 — это аналитический прибор, который измеряет концентрацию газа CO2 в процессе. Анализатор CO2 использует многокомпонентный анализ с использованием технологии недисперсионного инфракрасного датчика (NDIR) для согласованного и точного измерения технологического газа.

CO2 Analyzer Working Principle

Недисперсионный инфракрасный метод обнаружения (NDIR) основан на поглощении инфракрасного излучения на определенных длинах волн, когда оно проходит через объем образца.Недисперсионные инфракрасные (NDIR) методы измерения различных газов основаны на характеристиках поглощения энергии конкретным газом в инфракрасной области. В простом приборе NDIR инфракрасная энергия проходит через две идентичные трубки и попадает на детектор. Первая трубка является эталонной ячейкой и заполнена неабсорбирующим газом, например азотом. Вторая трубка является измерительной ячейкой и содержит анализируемую пробу газа.

CO2 Analzer Working Principle CO2 Analzer Working Principle

Источник ИК-излучения непрерывно посылает ИК-волны через газовые трубки, и детектор измеряет интенсивность двух разных длин волн, одна на длине волны поглощения газа пробы, а другая на длине волны поглощения эталонного газа.Поскольку эталонный газ обычно содержит азот, детектор принимает 100% сигнал. Если в анализируемом газе присутствует газ CO2, это означает, что полученный сигнал будет ослаблен на стороне детектора. Детектор измеряет эти два сигнала, и их разница пропорциональна количеству поглощающего газа в ячейке для образца. Газ CO2. Итак, наконец, концентрация газообразного CO2 измеряется с учетом разницы в поглощении ИК-излучения в ячейках образца и эталона. Единица измерения концентрации газа CO2 — ppm.

См. Также: NDIR Gas Analyzer Animation

.

Что такое масляный автоматический выключатель? — Принцип работы, конструкция и обслуживание

Масляный выключатель — это выключатель такого типа, в котором масло используется в качестве диэлектрика или изолирующей среды для гашения дуги. В масляном выключателе контакты выключателя разделены изолирующим маслом. При возникновении неисправности в системе контакты выключателя размыкаются под изоляционным маслом, и между ними возникает дуга, и тепло дуги испаряется в окружающем масле.Масляный выключатель делится на две категории

Конструкция масляного выключателя

Масляный выключатель

очень прост в конструкции. Он состоит из токоведущих контактов, заключенных в прочный, устойчивый к атмосферным воздействиям металлический резервуар с заземлением, и резервуар заполнен трансформаторным маслом. Масло одновременно действует как средство гашения дуги и как изолятор между токоведущей частью и землей.

В верхней части масляного резервуара воздух заполняется воздухом, который действует как подушка для управления вытесненным маслом при образовании газа вокруг дуги, а также для поглощения механического удара, возникающего при движении масла вверх.Бак прерывателя надежно закреплен болтами, чтобы выдерживать вибрацию, вызываемую прерыванием очень высокого тока. Масляный выключатель состоит из выхода газа, который установлен в крышке бака для отвода газов.

oil-circuit-breaker-content Принцип работы масляного выключателя

В нормальных условиях работы контакты масляного выключателя замкнуты и пропускают ток. Когда в системе происходит короткое замыкание, контакты выключателя раздвигаются, и между контактами возникает дуга.

Из-за этой дуги выделяется большое количество тепла и достигается очень высокая температура, при которой окружающее масло превращается в газ. Выделяющийся таким образом газ окружает дугу, и его взрывной рост вокруг нее резко вытесняет масло. Дуга гаснет, когда расстояние между неподвижным и подвижным контактами достигает определенного критического значения, зависящего от тока дуги и восстанавливающегося напряжения.

oil-circuit-breaker Масляный выключатель очень надежен в эксплуатации и стоит очень дешево.Наиболее важной особенностью масляного выключателя является то, что не используются специальные устройства для управления дугой, вызванной подвижным контактом. Масло в качестве средства гашения дуги имеет определенные преимущества и недостатки

Преимущества масла для гашения дуги

  1. Масло обладает высокой диэлектрической прочностью и обеспечивает изоляцию между контактами после гашения дуги.
  2. Масло, используемое в автоматическом выключателе, обеспечивает небольшой зазор между проводниками и заземляющими элементами.
  3. В резервуаре образуется газообразный водород, который имеет высокую скорость диффузии и хорошие охлаждающие свойства.

Недостатки масла для гашения дуги

  1. Масло, используемое в масляном автоматическом выключателе, легко воспламеняется и, следовательно, может вызвать пожар.
  2. Существует опасность образования взрывоопасной смеси с воздухом.
  3. Из-за разложения масла в дуге образуются частицы углерода, которые загрязняют масло и, следовательно, диэлектрическая прочность масла снижается.

Техническое обслуживание масляного выключателя

После отключения автоматического выключателя током короткого замыкания иногда их контакты могут сгореть из-за дуги. Кроме того, диэлектрическое масло обугливается в области контактов, тем самым теряя свою электрическую прочность. Это приводит к снижению отключающей способности выключателя. Поэтому обслуживание масляного выключателя необходимо для проверки и замены масла и контактов.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о