Источники автономного электрического питания, называемые электростанциями, генераторами, бывают синхронные и асинхронные, однофазные и трёхфазные — в зависимости от типа собственно электрического генератора, соединенного посредством вала с  двигателем внутреннего сгорания.

Рассмотрим генераторы — электрические машины переменного тока, определяющие потребительские характеристики автономных источников.

Генераторы синхронные и асинхронные имеют различное устройство. Принцип работы и характеристики их также отличаются.

Выбирая тип генератора, важно сделать правильный выбор — от этого будет зависеть как качество работы электрических приёмников, подключённых к нему, так  и работоспособность самого генератора.

Устройство синхронного генератора

Синхронный генератор состоит из  статора, ротора и блока управления.

Статор  и ротор  выполнены   из  тонких пластин из электротехнической стали, хорошо проводящих магнитный поток и плохо — электрические вихревые токи.

Витки статорной обмотки размещены в пазах статора равномерно по окружности. Для однофазного генератора — одна фазная обмотка,  для трёхфазного генератора — три  фазные обмотки, соединённые в звезду или треугольник и сдвинутые по окружности одна относительно другой на 120 градусов.

Ротор  представляет собой  явнополюсный  биполярный электромагнит постоянного тока.

Обмотка  ротора соединена  через  два  щёточные узла,  представляющие пару «щётка — кольцо», с блоком управления. Последний  осуществляет  её питание постоянным током и обеспечивает необходимые электрические связи для автоматического регулирования.

Устройство асинхронного генератора

Асинхронный генератор состоит из статора и ротора.

Статор  имеет такое же устройство, как и у синхронного генератора. Его обмотка также может быть однофазной или трёхфазной.

Ротор   короткозамкнутый: токопроводящая часть ротора выполнена из алюминия и напоминает беличью клетку.

Принцип работы синхронного генератора

При вращении ротора  двигателем внутреннего сгорания (ДВС)  вращающееся  вместе ним магнитное поле электромагнита возбуждает в статорной обмотке  переменное синусоидальное — однофазное  или трёхфазное — напряжение.  

При подключении  к статорной обмотке  нагрузки в цепи  течёт переменный — однофазный или трёхфазный — электрический  ток.

Величина напряжения и частота на зажимах статорной обмотки  зависимы  от скорости вращения ротора. С изменением   электрической нагрузки  синхронного генератора механическая  нагрузка на валу ДВС также имеет тенденцию  к  изменению  в прямо пропорциональной  зависимости, могущую привести  к изменению  скорости вращения ротора и, как следствие, к изменению величины  напряжения и частоты.  

Во избежание  подобных изменений и для поддержания заданных величин напряжения и частоты с необходимой точностью, блоком управления  синхронного генератора осуществляется  автоматическое  регулирование  электрических параметров через обратную связь по току и напряжению, подаваемую на роторную обмотку.

Принцип работы асинхронного генератора

При вращении ротора асинхронного генератора под действием остаточного магнетизма статора в беличьей клетке индуцируется электрический ток, магнитное поле которого, вращаясь вместе с ротором, наводит в неподвижной обмотке статора переменное синусоидальное — однофазное или трёхфазное — напряжение.

Поскольку в асинхронном генераторе нет электрической связи с ротором, то и нет возможности искусственного автоматического регулирования электрических параметров напряжения и тока. Они изменяются с изменением электрической нагрузки  на обмотке статора в соответствии с конструктивными особенностями асинхронной машины переменного тока.

Сравнительные характеристики синхронного и асинхронного генераторов

У синхронного генератора величина напряжения и частота поддерживаются с высокой точностью, в то время как у асинхронного они изменяются в относительно большом диапазоне.

Синхронный генератор,   будучи источником реактивной мощности (из-за конструктивных особенностей этого вида электрических машин), не боится перегрузок переходных режимов, связанных с пуском под нагрузкой из потребителей этой реактивной мощности — всех электробытовых  приборов и электроинструмента, содержащих электродвигатели. 

 Асинхронный генератор, сам являясь потребителем реактивной мощности, перегрузок при пуске под нагрузкой с потребителями реактивной  мощности боится больше — имеется  вероятность протекания больших токов и перегрева  статорной обмотки. Для ликвидации этого недостатка профессиональные асинхронные генераторы снабжены пусковыми конденсаторами, которые после стабилизации величины тока статора  через  несколько секунд после пуска отключаются.

Синхронный   генератор,  в отличие от асинхронного, меньше  боится  электрических  перегрузок  в установившемся режиме, поскольку снабжён  системой  автоматического регулирования через обратную связь по току и напряжению. 

В асинхронном генераторе сила сцепления электромагнитных полей ротора и статора искусственно не  регулируется, а имеет значение, описываемое естественной характеристикой.

Несмотря на некоторые слабые стороны, асинхронные генераторы завоевали себе популярность  более простой  конструкцией, неприхотливостью, отсутствием необходимости квалифицированного технического обслуживания и сравнительной дешевизной.

Выбор  синхронного и асинхронного генераторов

Синхронный генератор переменного тока необходимо выбрать  в следующих случаях:

1.       по условиям эксплуатации подключаемых электрических приёмников предъявляются повышенные требования к стабильности величины напряжения и частоты;

2.       вероятны перегрузки в переходном режиме при подключении к работающему генератору электрических приемников,  являющихся потребителями реактивной мощности;   

3.       возможны перегрузки в переходном режиме при  пуске генератора под нагрузкой из  включённых приёмников,  являющихся потребителями реактивной мощности;

4.       случаются перегрузки в установившемся режиме, когда к генератору подключены приёмники — потребители  как активной, так и реактивной мощности.

Асинхронный генератор переменного тока следует предпочесть, если:

1.       к величине напряжения  и частоте  не ставится высоких требований;

2.       работа генератора предполагается в запылённых условиях;

3.       отсутствует возможность квалифицированного технического обслуживания;

4.       нет возможности приобрести более дорогостоящий синхронный генератор.

5.       вероятны перегрузки в переходном режиме, но генератор снабжён  дополнительными  пусковыми  конденсаторами.

Следует отметить, что как синхронный, так и асинхронный генераторы не переносят чрезмерных перегрузок, превышающих их максимальную мощность. В таких случаях срабатывает электрическая защита, предохраняющая  агрегат от выхода из строя.  Для того, чтобы избежать аварийных ситуаций, нужно  знать, как рассчитать мощность генератора, исходя из максимальной величины предполагаемой нагрузки.