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 конвертор 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

Наименование Sterling Power BB1230 Sterling Power BB1260 Sterling Power BBW12120
Зарядное устройство Sterling Power BB1230 Зарядное устройство Sterling Power BB1260 Зарядное устройство Sterling Power BB12120
Максимальный ток, А 30 60 120
Номинальное входное напряжение, В 12 12 12
Номинальное выходное напряжение, В 12 12 12
Для каких аккумуляторов подходит С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 9 режимов зарядки С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 9 режимов зарядки С жидким электролитом, GEL, AGM, LiFePO4. Всего 9 режимов зарядки
Емкость аккумуляторов, Ач 100 200 400
ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ ЗАКАЗАТЬ

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