Генератор для катера и яхты

Генераторные установки долгое время были единственным источником переменного напряжения на борту катера или яхты вдали от берега. Недорогие, надежные и эффективные инверторы изменили ситуацию. При нагрузке до 2 кВт, стоимость энергии, производимой аккумулятором, инвертором и устройством зарядки часто оказывается вдвое ниже, чем у самого экономичного генератора.  Однако для нагрузок, превышающих 2000 Вт, дизельный или бензиновый генератор по-прежнему не заменимы

Морские генераторы

Домашний комфорт на катере или яхте требует больших затрат энергии. Электрическая плита, микроволновая печь, водонагреватель или морозильная камера потребляют слишком большую мощность. Подключать такие устройства к аккумуляторным батареям через инвертор не выгодно. Для них необходим другой независимый источник переменного напряжения. Без генераторной установки на борту в данном случае не обойтись.

Дизельный генератор для катера или яхты Piccolo 5
Дизельный генератор для катера или яхты Whisper Power. Номинальная мощность 4 кВт. Одноцилиндровый двигатель. Генератор на постоянных магнитах. Регулируемая скорость вращения. Размеры 450 х 461 х 520 мм. Вес 69 кг

Чтобы все устанавливаемое оборудование работало нормально, напряжение в бортовой электрической сети ничем не должно отличаться от напряжения в городской квартире — частота и амплитуда у них должны быть одинаковыми.

Частота напряжения зависит от скорости вращения ротора генератора и количества полюсов магнитного поля.  Поскольку при частоте 50 Гц, полярность выходного напряжения меняется с положительной на отрицательную 50 раз в секунду, или 3000 раз в минуту, то ротор генератора с двумя магнитными полюсами должен делать 3000 об/мин. Если на роторе размещено две пары полюсов, то скорость вращения снижается до 1500 об/мин. В обоих случаях, чтобы поддерживать частоту напряжения постоянной, вал двигателя, приводящего в движение генератор, должен вращаться с фиксированной скоростью независимо от нагрузки в электрической сети.

Чтобы снизить шум, вибрацию или увеличить эффективность генераторной установки производители иногда устанавливают после двигателя редуктор или ременную передачу и изменяют количество оборотов вала. Но полностью сделать частоту напряжения независимой от скорости вращения ротора удается только с помощью силовой электроники.

В результате для катеров и яхт выпускается два принципиально разных вида генераторных установок — с постоянной и с переменной скоростями вращения вала двигателя. Модели с постоянными оборотами распространены больше. Генверторы, стоят дороже, пока встречаются реже, но постепенно завоевывают все большую популярность у владельцев.

AC генераторы

Физические принципы преобразования механической энергии в электрическую одинаковы в установках обоих типов. Обмотка возбуждения или постоянные магниты создают в корпусе генератора первичное магнитное поле. Двигатель приводит ротор во вращение, магнитный поток проходящий через обмотки якоря изменяется и в них возникает переменное напряжение.

Схема установки дизельного генератора с водяным охлаждением на катер или яхту
Схема установки дизельного генератора с водяным охлаждением на катер или яхту

Генераторы, на роторе которых расположена обмотка возбуждения, похожи автомобильные. Но в отличии от автомобильных, сохраняют слабое магнитное поле после остановки двигателя и отключения тока возбуждения. При повторном запуске остаточная намагниченность ротора вызывает на выходе генератора небольшое напряжение, которое создает ток в обмотке возбуждения и выводит генератор на полную мощность. В рабочем режиме ток для обмотки возбуждения отбирают с одной из обмоток статора, затем выпрямляют и направляют в ротор через щетки и прилегающие к ним кольца

Первичное магнитное поле можно создать и с помощью возбудителя, расположенного на статоре генератора. В этом случае кроме обмотки возбудителя на статоре располагают главную обмотку и независимую от выхода переменного тока цепь зарядки аккумуляторов.

Морские установки с бесщеточными генераторами самые распространенные в настоящее время. Однако из-за того, что ток ротора регулируется не напрямую, а через возбудитель бесщеточные генераторы хуже держат пусковые токи и не так точно поддерживают выходное напряжение и частоту. Основное преимущество бесщеточных генераторов – надежность и простота обслуживания

  • 1500 об/мин предпочтительнее чем 3000 об/мин. Медленно вращающийся двигатель меньше шумит и вибрирует
  • Трех или шести цилиндровые двигатели работают тише и плавнее, чем двух или четырех цилиндровые
  • Максимальный крутящий момент двигателя должен располагаться на рабочей частоте генератора (или чуть ниже ее)
  • Обслуживать генератор в тесном помещении яхты будет проще и удобнее, если все сервисные точки (фильтры и т.д) находятся с одной стороны установки
  • Мощность генератора необходимо выбрать таким образом, чтобы большую часть времени установка работала в интервале 35-70% номинальной мощности и лишь изредка при нагрузке менее 25% от номинальной.
  • Пиковая мощность генератора должна соответствовать пусковым токам установленного на борту оборудования. Два генератора одинаковой мощности, но разной конструкции могут выдерживать разные пусковые токи
  • Во всем рабочем диапазоне, от холостого хода до полной нагрузки, отклонение амплитуды и частоты выходного напряжения не должно превышать 5% от номинальных значений. Предпочтительное отклонение - не более 1,5% он номинала. Выходное напряжение большинства небольших бесщеточных генераторов может быть крайне нестабильным, особенно при быстром изменении нагрузки
  • Температура длительное время работающего на полной мощности генератора не должна сильно превышать температуру окружающего воздуха. Чем больше меди в обмотках и чем выше качество генератора, тем меньше вырастет его температура во время работы.
  • Установка должна отключаться при низком давлении масла, высокой температуре охлаждающей жидкости и выхлопных газов. Некоторые генераторы кроме этого контролируют температуру обмоток

Генераторы с переменной скоростью вращения

Классические генераторные установки, описанные ранее, обладают двумя принципиальными недостатками:

  • Выходное напряжение генератора имеет необходимую частоту только тогда, когда его ротор вращается с определенной скоростью, как правило 1500 или 3000 об/мин. Однако на таких оборотах двигатель часто не развивает полную мощность и работает с низким КПД.
  • Обороты двигателя должны оставаться постоянными и при полной загрузке генератора и тогда, когда генератор работает на холостом ходу. Но без нагрузки двигатель работает крайне неэффективно и напрасно шумит. Стоимость его обслуживания возрастает, а моторесурс уменьшается
Схема подключения дизель-генератора с переменной скоростью вращения на яхте
Схема подключения дизель-генератора с переменной скоростью вращения на катере. Генератор обеспечивает переменное напряжение, частота и амплитуда которого стабилизируются внешним модулем. После этого напряжение подается на комбинированный инвертор-зарядное, который питает бортовую сеть переменного тока и заряжает аккумуляторную батарею во время работы дизельного генератора или когда лодка подключена к береговой сети.

У дизель генераторов с переменными оборотами двигателя (Variable Speed Technology- VST) таких недостатков нет, поскольку напряжение поступает потребителям не напрямую от генератора, а после нескольких преобразований. Сначала выпрямитель превращает выходное переменное напряжение генератора в постоянное. Затем из постоянного в DC-AC инверторе получают переменное напряжения требуемой частоты и только после этого стабилизированное напряжение поступает в бортовую сеть катера или яхты

Установки с переменной скоростью вращения проектируют таким образом, чтобы при заданной нагрузке двигатель работал с максимальным КПД. Генераторы используют ротор с постоянными магнитами и не имеют ни ремней, ни шкивов, ни щеток, ни каких-либо других регулировок.  При одинаковых характеристиках VST установки легче и компактнее, традиционных моделей, а их выходное напряжение чище и стабильнее.

Ходовой двигатель как генератор

Графики тока и напряжения во время зарядки аккумуляторов от генератора на яхте
Графики тока и напряжения во время зарядки сервисной аккумуляторной батареи от генератора на катере. Синяя линия на нижнем рисунке — ток, потребляемый аккумуляторами напрямую от генератора. Фиолетовая — от генератора через зарядное устройство. Видно, что в этом случае аккумуляторы получают больший заряд, а значит заряжаются быстрее.

Все ходовые двигатели на катерах и парусных яхтах оснащаются генератором. Назначение этого генератора —  зарядка стартового аккумулятора и питание бортового оборудования во время работы двигателя. Генераторы лодочных двигателей могут иметь мощность до 2- 2,5 кВт, но использовать их для зарядки сервисных аккумуляторных батарей большой емкости напрямую не выгодно.

Постоянное напряжение генератора подходит для зарядки стартового аккумулятора, но не годится для тяговых АКБ в толстые пластины которых впрессован плотный активный материал. После того как поверхностное напряжение пластин вырастает, ток уменьшается и аккумулятор не успевает зарядится даже при длительной работе двигателя

Однако генератор лодочного двигателя легко превратить в современное многоступенчатое зарядное устройство и он с успехом заменит переносной бензиновый генератор.   Для этого используется тот же подход, что и в генераторах с переменной частотой вращения. Выходное напряжение лодочного генератора подается на тяговые аккумуляторы не на прямую, а через управляемый микропроцессором преобразователь напряжения. DC-DC конвертер заставляет генератор отдавать в цепь ток равный своему номиналу и одновременно преобразует постоянное напряжение генератора в четырехступенчатую кривую, которая меняется в зависимости от состояния аккумулятора.

Примеры зарядных DC-DC конвертеров:

Зарядное устройство Sterling Power BB122470
  • Sterling Power BB1260
    Входное напряжение 11-20 Вольт
  • 12->12 Вольт    
    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-20 Вольт
  • Максимальный ток 60 А    
    Есть режим 50% мощности
  • Быстрая зарядка постоянным током
  • Режимы для GEL(2), AGM(2), LiFePO4, кальциевых и жидко-кислотных аккумуляторов    
    9 режимов зарядки. Возможность создать собственный зарядный профиль
  • -    
    Класс защиты IP21
Зарядное устройство Sterling Power BB1230
  • Sterling Power BB1230
  • 12->12 Вольт
  • Максимальный ток 30 А
  • Быстрая зарядка постоянным током    
    Четырехступенчатый зарядный профиль. Постоянный ток, постоянное напряжение, кондиционирование и поддерживающая зарядка
  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
  • -
bbw1260-3
  • Sterling Power BBW12120
  • 12->12 Вольт    
    Номинальное входное и выходное напряжение 12 Вольт. Диапазон входного напряжения 11-16 Вольт. Выходного 13-15,1
  • Максимальный ток 120 А    
    Регулировка мощности с шагом 10%. Необходим пульт. Приобретается дополнительно
  • Быстрая зарядка постоянным током
  • Режимы для GEL, AGM, LiFePO4 и жидко-кислотных аккумуляторов
  • Водонепроницаемое    
    Класс защиты IP68. Сменный охлаждающий вентилятор - IP55

На первом этапе устройство поддерживает постоянный ток, затем постоянное напряжение и наконец, после полной зарядки, понижает напряжение так, чтобы не перезарядить аккумуляторы, а просто компенсировать их естественный саморазряд.

Преимущества зарядных конверторов

  • Ускоряют зарядку сервисной аккумуляторной батареи в 5-10 раз. Незаменимы для катеров и яхт с инвертором. При среднем энергопотреблении делают ненужным на катере переносной бензиновый генератор
  • Просто установить. Обслуживание не требуется. Стоимость в разы меньше, чем у любой генераторной установки
  • Ток от 30 до 120 А. Несколько устройств могут работать параллельно. Напряжение 12 или 24 Вольта. Подходят для аккумуляторных батарей емкостью 100 – 600 Ач и генераторов разной мощности
  • Режимы для зарядки гелевых, AGM, жидко-кислотных и LiFePO4 аккумуляторов

DC генераторы

Схема подключения дизельного генератора в систему постоянного и переменного тока на катере
Схема подключения дизельного генератора в систему постоянного и переменного тока на катере или яхте. Высокое переменное напряжение генератора подается на зарядное устройство, которое выпрямляет, стабилизирует его и использует для зарядки аккумуляторной батареи. Аккумуляторы служат источником энергии для бортовой системы постоянного и переменного напряжения. Переменное напряжение частотой 50 Гц вырабатывает инвертор. Встроенное в зарядное устройство реле автоматически переключает источники переменного напряжения на катере — генератор и береговое питание

Широкое распространение дизель генераторы постоянного напряжения получили на катерах и яхтах относительно недавно благодаря развитию инверторов и распространению устройств автоматического запуска генераторов

Как и в других типах установок, переменное напряжение здесь создает генератор с обмоткой возбуждения или с постоянными магнитами. В первых моделях напряжение генератора соответствовало напряжению аккумуляторной батареи. Сейчас используют генераторы с выходным переменным напряжением 240 Вольт, а преобразуют напряжение до уровня аккумуляторной батареи и управляют процессом зарядки с помощью внешнего электронного блока, который устанавливают на любом расстоянии от дизельного генератора.

Преимущества DC генераторов:

  • Чувствительная электроника расположена на расстоянии от источника тепла, которым является работающий дизель-генератор
  • Используются бесщеточные генераторы на постоянных магнитах с высоким КПД
  • Высокая электрическая эффективность в сочетании с оптимальным режимом работы двигателя повышают общий КПД по сравнению с классическими генераторными установками
  • Дизельные генераторы имеют водяное охлаждение, относительно небольшие размеры и вес

Задайте вопрос,

и получите консультацию по лодочным электромоторам, аккумуляторам или зарядным устройствам для катера или яхты

captcha